金ナノ粒子で作られたタトゥーは医療診断に革命をもたらします

体内の物質や薬物の重要な値や濃度に関する情報を継続的に送信する埋め込み型センサーのアイデアは、長い間医師や科学者を魅了してきました。このようなセンサーは、病気の進行と治療の成功を常に監視することを可能にします。しかし、これまで、埋め込み型センサーは体内に永久に残るのに適していませんでしたが、数日または数週間後に交換する必要がありました。一方では、身体がセンサーを異物として認識するため、インプラントの拒絶の問題があります。一方、濃度の変化を示すセンサーの色は、これまで不安定であり、時間の経過とともに色あせていました。ヨハネスグーテンベルク大学マインツ（JGU）の科学者たちは、体内で数か月間操作できる新しいタイプの埋め込み型センサーを開発しました。センサーは、特定の分子の受容体で修飾された色安定性のある金ナノ粒子に基づいています。ナノゴールドは人工高分子組織に埋め込まれ、皮膚の下に埋め込まれ、色を変えることで薬物濃度の変化を報告します。

CarstenSӧnnichsen教授の研究グループは、長年にわたり、顕微鏡のフローセル内の少量のタンパク質を検出するセンサーとして金ナノ粒子を使用してきました。金ナノ粒子は、光の小さなアンテナとして機能します。それらはそれを強く吸収して散乱させるため、カラフルに見えます。彼らは色を変えることによって周囲の変化に反応します。 Sӧnnichsenのチームは、この概念を移植された医療センシングに活用しました。

小さな粒子が泳ぎ去ったり、免疫細胞によって分解されたりするのを防ぐために、それらは組織のような粘稠度を持つ多孔質ヒドロゲルに埋め込まれています。皮膚の下に埋め込まれると、小さな血管と細胞が毛穴に成長します。センサーは組織に組み込まれており、異物として拒絶されることはありません。 「私たちのセンサーは目に見えない入れ墨のようなもので、ペニーよりも大きくなく、1ミリメートルよりも薄いです」とSӧnnichsen氏は述べています。金のナノ粒子は赤外線であるため、目には見えません。ただし、特殊な種類の測定デバイスは、皮膚を通して非侵襲的に色を検出できます。

彼らの研究では、研究者たちは無毛のラットの皮膚の下に金ナノ粒子センサーを移植しました。これらのセンサーの色の変化は、さまざまな用量の抗生物質の投与後に監視されました。薬物分子は血流を介してセンサーに輸送されます。金ナノ粒子の表面にある特定の受容体に結合することにより、それらは薬物濃度に依存する色の変化を誘発します。色安定性のある金ナノ粒子と組織統合型ヒドロゲルのおかげで、センサーは数か月にわたって機械的および光学的に安定したままであることがわかりました。

着色されたオブジェクトは時間の経過とともに漂白します。ただし、金ナノ粒子は漂白しませんが、その色を永続的に維持します。さまざまな受容体で簡単にコーティングできるため、埋め込み型センサーの理想的なプラットフォームです。

この概念は一般化可能であり、埋め込み型センサーの寿命を延ばす可能性があります。将来的には、金ナノ粒子ベースの埋め込み型センサーを使用して、体内のさまざまなバイオマーカーや薬物の濃度を同時に観察できるようになる可能性があります。このようなセンサーは、医薬品開発、医学研究、または慢性疾患の管理などの個別化医療に応用できる可能性があります。