ساخت حسگری جدید برای شناسایی متابولیت‌ها از عرق بدن

 

اکنون یک نمونه جدید از یک "پلیمر حک شده مولکولی" استفاده می‌کند تا بسیار مفیدتر از حسگر‌های دیگر باشد. این دستگاه آزمایشی توسط تیمی در موسسه فناوری کالیفرنیا (Caltech) به رهبری پروفسور "وی گائو" ساخته شده است.

 

گائو و تیمش پیش از این، حسگر‌هایی با آنزیم‌ها یا آنتی بادی‌های تعبیه شده ایجاد کرده بودند که با مواد شیمیایی متابولیت خاصی در عرق کاربر واکنش نشان می‌دادند. سطوح غیرعادی و بالا یا پایین برخی از این مواد شیمیایی به علاوه چندین مورد دیگر، می‌تواند نشان‌دهنده اختلالات خاصی باشد که نیاز به درمان دارند. با این حال، متأسفانه آنزیم‌ها فقط می‌توانند تعداد نسبتا کمی از متابولیت‌ها را شناسایی کنند و آنتی‌بادی‌ها با اینکه کمی متنوع‌تر هستند، اما فقط یک بار می‌توان از آن‌ها استفاده کرد.

 

پژوهشگران در جستجوی جایگزینی با عملکرد بهتر بودند و حسگری را طراحی کردند که دارای یک لایه پلیمری است که در تماس با عرق بدن، جریان الکتریکی تولید می‌کند. نکته مهم آن، تشکیل یک لایه بین آن نوار و پوست، حاوی دومین پلیمر است که به صورت مولکولی نقش بسته است.

 

فرآیند حک و چاپ در این حسگر، شامل جاسازی مولکول‌های متابولیت هدف درون پلیمر، در حالی است که هنوز در حالت مایع است و به پلیمر اجازه می‌دهد تا به غلظت و قوام و استحکامی شبیه به لاستیک برسد. سپس از یک فرآیند شیمیایی برای حذف مولکول‌ها از آن استفاده می‌شود و نتیجه، یک ورق پلیمری حاوی سوراخ‌های قالب‌ریزی شده و ریز است که اندازه و شکل دقیقا شبیه به مولکول‌ها را دارند.

 

هنگامی که عرق با این پلیمر تماس پیدا می‌کند، اگر متابولیت کمی در عرق وجود داشته باشد یا هیچ چیز وجود نداشته باشد، مایع از سوراخ‌های عمدتاً باز جریان می‌یابد و هنگامی که به پلیمر زیرین می‌رسد، جریان الکتریکی قوی ایجاد می‌کند. با این حال، اگر سطوح بالایی از متابولیت در عرق وجود داشته باشد، مولکول‌ها بسیاری از سوراخ‌ها را مسدود می‌کنند. این بدان معنی است که عرق زیادی نمی‌تواند از آن عبور کند، بنابراین جریان ضعیف‌تری تولید می‌شود.

 

بنابراین، با نظارت بر سیگنال الکتریکی تولید شده توسط حسگر می‌توان غلظت متابولیت هدف را در عرق کاربر اندازه‌گیری کرد و غلظت‌های عرق معمولاً با غلظت‌های موجود در جریان خون مطابقت دارد.

 

همچنین اِعمال جریان الکتریکی ضعیف متعاقباً مولکول‌هایی را که سوراخ‌ها را مسدود می‌کنند، از بین می‌برد و امکان استفاده مجدد از حسگر را فراهم می‌کند.

 

این حسگر در ابتدا جریان کمی از خود را به پوست اعمال می‌کند تا تولید عرق را تحریک کند. از آنجایی که طراحی میکروسیالی آن فقط به مقدار کمی عرق نیاز دارد، جریان بسیار ضعیف است و ظاهراً برای استفاده کننده اذیت کننده نیست. این حسگر تاکنون روی داوطلبان در آزمایشگاه آزمایش شده است و به زودی می‌تواند تحت آزمایش‌های بالینی بزرگتری قرار بگیرد.

 

در علم بیوشیمی، مواد شرکت‌کننده در متابولیسم یا سوخت و ساز سلولی را متابولیت (Metabolite) می‌نامند. در واقع متابولیت‌ها ترکیبات واسطه یا محصول سوخت و ساز سلول زنده هستند و معمولاً اشاره به مولکول‌های کوچک شرکت‌کننده در سوخت و ساز سلولی دارد.

 

متابولیت‌ها وظایف گوناگونی بر عهده دارند شامل سوخت در فرآیند‌های سلولی، وظیفه ساختاری، پیام‌رسانی سلولی، اثر تحریک‌کنندگی و بازدارندگی روی آنزیم‌ها، اثر کاتالیزوری (معمولا به عنوان یک هم‌عامل نسبت به یک آنزیم)، وظایف دفاعی و ایجاد ارتباط با سایر موجودات زنده که به عنوان نمونه می‌توان به رنگدانه‌ها، ترکیبات معطر و فرومون‌ها اشاره کرد.

 

یک متابولیت اولیه مستقیماً در رشد، نمو و تولید مثل شرکت می‌کند. اتیلن مثالی از یک متابولیت اولیه است که در مقیاس وسیع تولید صنعتی می‌شود.

 

پروفسور گائو می‌گوید: این رویکرد به ما امکان می‌دهد دسته‌ای از مواد مغذی و متابولیت‌های حیاتی جدید را شناسایی کنیم. ما می‌توانیم زمان خوردن و تغییر سطح مواد مغذی را کنترل کنیم. این نه تنها مواد مغذی، بلکه هورمون‌ها و دارو‌ها را نیز کنترل می‌کند و می‌تواند نظارت مستمر برای بسیاری از شرایط سلامتی را فراهم کند.

 

نتایج این پژوهش در مجله Nature Biomedical Engineering منتشر شده است.