Высокоточный датчик-наноэлектрод, позволяющий в режиме реального времени измерять концентрацию ионов меди в живых клетках и целых органах, разработали специалисты Национального исследовательского технологического университета «МИСИС» (НИТУ «МИСИС»), 6 ноября сообщает пресс-служба вуза.

Применение нового датчика позволит создавать новые более эффективные методы диагностики и анализа динамики онкологических и наследственных заболеваний. Также этот сенсор можно использовать для оценки эффективности новых содержащих медь лекарственных препаратов.

Серьезными последствиями нарушения обмена меди в организме являются рак, болезни Альцгеймера, Вильсона-Коновалова, Менкеса и др. Чтобы выявлять такие нарушения на ранних стадиях, а также для контроля динамики возникающих заболеваний необходимо точное определение наличия ионов меди в клетках и оценка способности тканей и органов накапливать медьсодержащие соединения.

Соответствующие процедуры, выполняемые для этих целей в настоящее время, не могут проводиться без повреждения клеток организма. Чтобы исключить этот негативный фактор, исследователи НИТУ «МИСИС» разработали универсальный наноразмерный электрохимический сенсор, точно определяющий количество меди в отдельных клетках, в 3D-моделях злокачественных образований, в реальных опухолях и органах пациента.

Заведующий лабораторией биофизики НИТУ «МИСИС» к. ф.-м. н. Александр Ерофеев пояснил:

«Дисбаланс меди может быть причиной или являться следствием серьезных нарушений в организме. Новый датчик позволяет определять концентрацию ионов металлов быстрее и точнее, чем аналоги. Благодаря размеру наноэлектрода процедура малоинвазивна и безопасна для живых объектов».

Сенсор ученых НИТУ «МИСИС» состоит из полых наноразмерных кварцевых трубок (капилляров), модифицированных углеродом, золотом и соединением для связывания меди. Количественное определение содержания меди осуществляется в нем за счет считываемых с помощью циклической вольтамперометрии результатов электрохимической реакции окисления и восстановления меди.

Подробности работы нового сенсора были представлены в статье «Электрохимический нанопипеточный датчик для определения ионов Cu²⁺ in Vitro/in Vivo» (Electrochemical Nanopipette Sensor for In Vitro/In Vivo Detection of Cu²⁺ Ions), опубликованной в журнале Analytical Chemistry (Q1).

«Наноэлектрод поможет более точно диагностировать заболевание и проанализировать динамику лечения. Кроме того, с помощью датчика можно косвенно оценить эффективность противоопухолевых, противогрибковых и противомикробных лекарственных средств, имеющих в своем составе медь», — указал инженер научного проекта лаборатории биофизики НИТУ «МИСИС» Роман Тимошенко.

Ректор НИТУ «МИСИС» Алевтина Черникова отметила, что исследования, ведущиеся под руководством заведующего лабораторией биофизики, к. ф.-м. н. Александра Ерофеева, ложатся в основу создания инновационных медицинских технологий, которые позволят упростить диагностику и повысить эффективность лечения различных наследственных и онкологических заболеваний.

«Новый высокоточный датчик по измерению уровня меди в организме, разработанный нашими учеными, обладает рядом преимуществ перед существующими аналогами: он более точен, менее инвазивен, обеспечивает более оперативное получение результатов», — заявила Черникова.

В планах ученых университета «МИСИС» разработка на основе этого датчика миниатюрного устройства для длительного мониторинга металлов в живых организмах.