金ナノ粒子タトゥーセンサーが継続的健康監視を革新

体内のバイタル値や物質・薬物濃度を継続的に送信する埋め込み型センサーのアイデアは、長年医師と科学者を魅了してきました。このようなセンサーにより、疾患進行と治療効果の継続的監視が可能になります。しかし、これまで埋め込み型センサーは永久的に体内に留めるには適しておらず、数日または数週間で交換が必要でした。一方面では、体がセンサーを異物と認識する拒絶反応の問題があります。他方では、濃度変化を示すセンサーの色が不安定で、時間とともに褪色してきました。ヨハネス・グーテンベルク大学マインツ（JGU）の科学者たちが、数ヶ月間体内で動作可能な新型埋め込み型センサーを開発しました。このセンサーは、特定分子受容体で修飾された色安定性の高い金ナノ粒子ベースです。人工ポリマー組織に埋め込まれ、皮下に埋め込まれたナノゴールドが、色の変化で薬物濃度変化を報告します。

Carsten Sönnichsen教授の研究グループは長年、微小流路セルで微量タンパク質検知用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働き、強く吸収・散乱するためカラフルに見えます。周囲環境の変化に反応して色を変えます。Sönnichsenチームはこの概念を埋め込み医療センシングに応用しました。

微小粒子が流れ去ったり免疫細胞に分解されたりするのを防ぐため、組織のような稠度の多孔質ハイドロゲルに埋め込みます。一度皮下埋め込みすると、小さな血管と細胞が孔に成長し入り込みます。センサーは組織に統合され、異物として拒絶されません。「私たちのセンサーは見えないタトゥーのようで、一円玉ほどの大きさ、1ミリメートルより薄いです」とSönnichsen氏。金ナノ粒子は赤外線領域なので肉眼では見えません。しかし、特殊な測定装置で皮膚を通して非侵襲的に色を検知できます。

研究では、無毛ラットの皮下に金ナノ粒子センサーを埋め込み、抗生物質の様々な投与量投与後のセンサー色変化を監視しました。薬物分子は血流を通じてセンサーに運ばれます。金ナノ粒子表面の特定受容体に結合することで、薬物濃度依存的な色変化を誘発します。色安定性金ナノ粒子と組織統合型ハイドロゲルのおかげで、センサーは数ヶ月間機械的・光学的に安定していました。

着色物質は時間とともに褪色します。しかし金ナノ粒子は褪色せず、永久に色を保ちます。様々な受容体で容易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プラットフォームです。

この概念は汎用性があり、埋め込み型センサーの寿命延長の可能性を秘めています。将来、金ナノ粒子ベース埋め込み型センサーで、異なるバイオマーカーや薬物の体内濃度を同時観測できるようになるかもしれません。このようなセンサーは薬物開発、医学研究、慢性疾患管理などのパーソナライズド医療に応用できるでしょう。

高精度構造解析のための先進モードI破壊試験装置 LogFire：信頼性の高いシステム監視のためのルールベース実行時検証

センサー