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Das Glukose-Monitoring Tattoo
Es ist eine moderne medizinische Variante einer alten Kunst. Wissenschaftler des Draper Laboratory in Cambridge, MA, entwickeln einen Nanosensor, der ähnlich wie Tattoo-Farbstoff in die Haut injiziert werden könnte, um den Blutzuckerspiegel einer Person zu überwachen. Wenn der Glukosespiegel ansteigt, fluoresziert das Tattoo unter einem Infrarotlicht und sagt einem Diabetiker, ob er nach einer Mahlzeit eine Insulinspritze benötigt oder nicht. Die Forscher haben bereits eine natriumempfindliche Version des Geräts an Mäusen getestet und werden bald mit Tierversuchen des glukosespezifischen Sensors beginnen.
Wahrnehmung von Natrium: Diese Zelle leuchtet rot, weil ihr Nanosensoren injiziert wurden, die in Gegenwart von Natrium fluoreszieren.
Der zuverlässigste Weg, den Blutzucker zu messen, besteht darin, sich für eine winzige Blutprobe in den Finger zu stechen und mit Enzymen beladene Teststreifen zum Nachweis von Glukose zu verwenden. Um Diabetiker von diesem zeitaufwändigen und teuren Regime zu befreien, werden eine Reihe neuartiger Glukose-Sensortechnologien entwickelt, von implantierten Geräten, die den Blutzucker kontinuierlich überwachen und Insulin abgeben, bis hin zu nicht-invasiven Sensoren, die Glukose durch die Haut über Infrarot erkennen hell.
Heather Clark und ihre Kollegen entwickeln etwas, das zwischen diesen beiden Extremen operieren soll. Das Material besteht aus 120-Nanometer-Polymerkügelchen, die mit einem biokompatiblen Material beschichtet sind. In jedem Kügelchen befinden sich ein fluoreszierender Farbstoff und spezielle Sensormoleküle, die spezielle Chemikalien wie Natrium oder Glukose erkennen.
Bei Injektion in die Haut zieht das Sensormolekül die Zielchemikalie – beispielsweise Natrium – aus der interstitiellen Flüssigkeit, die die Zellen umgibt, in das Polymer. Um die neu erworbene positive Ladung eines Natriumions auszugleichen, setzt ein Farbstoffmolekül ein positives Ion frei, wodurch das Molekül fluoresziert. Die Fluoreszenz nimmt mit der Konzentration des chemischen Targets zu. Wissenschaftler können verschiedene Erkennungsmoleküle austauschen, um verschiedene Ziele zu messen, darunter Chlorid, Kalzium und Glukose. Der Konzentrationsbereich, den der Sensor detektieren kann, kann durch Ändern des Verhältnisses der Komponenten variiert werden, je nachdem, ob es wichtig ist, genaue Konzentrationen oder eine breitere Variabilität zu messen.
Der Natriumsensor, der eines Tages zur Überwachung der Dehydration eingesetzt werden könnte, hat sich bei Tieren bereits früh bewährt. Bei Injektion in die Haut von Nagetieren bleiben die Kügelchen an Ort und Stelle und fluoreszieren als Reaktion auf Injektionen von Kochsalzlösung. Die Forscher haben einen Glukosesensor entwickelt, der über einen ähnlichen Mechanismus funktioniert. Es hat sich gezeigt, dass es in einer Lösung funktioniert, wurde jedoch noch nicht an Tieren getestet.
Langfristig stelle sich Clark einen Sensor vor, der in die oberflächlichen Hautschichten injiziert würde, flacher als Tätowierfarben, damit er mit der Zeit abblättert, sagt sie. Ein Fluoreszenzmonitor, der einer optischen Maus ähnelt, würde dann verwendet, um das von der Tätowierung emittierte Licht zu messen, und der Sensor würde in regelmäßigen Abständen erneut injiziert.
Es ist einzigartig, weil es keine Komponenten hat, die verbraucht werden müssen, sagt Clark. Glukosestreifen zum Beispiel verwenden ein Enzym zum Nachweis von Glukose, die ständig ersetzt werden muss. Andere Monitore, sogar Nanosensoren, haben eine begrenzte Lebensdauer, was eine Implantation erschwert, sagt sie.
Bis der Sensor für die Erprobung am Menschen bereit ist, haben die Forscher jedoch noch einen langen Weg vor sich. Während die Kügelchen in ersten Tierversuchen keine Immunreaktion auszulösen schienen, müssen weitere Studien durchgeführt werden, sagt Clark. Die Bewertung der Immunantwort ist besonders wichtig, da dies die lokalen Glukosekonzentrationen verändern kann, sagt George Wilson , Chemiker an der University of Kansas in Lawrence. Zum Beispiel fressen Makrophagen [eine Art von Immunzellen] Glukose, sagt er. Wilson warnt auch davor, dass zahlreiche Faktoren die der Haut innewohnende Fluoreszenz beeinflussen können, einschließlich Hautfarbe und Alter.