Новая оптическая биосенсорная система позволит круглосуточно отслеживать симптомы подагры

Подагра — это заболевание, связанное с накоплением и задержкой в организме солей мочевой кислоты — уратов. Как правило, пациенты с подагрой имеют высокий уровень уратных солей, циркулирующих в крови. Это состояние называется гиперурикемией. Эти кристаллы высвобождаются из кровеносных сосудов и накапливаются в пространстве между суставами, что вызывает мучительную боль и ухудшение состояния суставов и костей.

Для диагностики подагры врачи обращают внимание на частоту возникновения боли, ее локализацию и тяжесть воспаления. Но для точного диагноза жидкость между суставами проверяется на наличие и количество кристаллов урата. Эти лабораторные тесты могут быть дорогостоящими и трудоемкими из-за оборудования и трудозатрат. Кроме того, частые визиты в больницу могут быть трудными для пожилых пациентов.

«Поддержание низкого уровня урата крайне важно для смягчения симптомов подагры, — сказал автор исследования. — Мы хотели создать надежную и удобную технологию, чтобы пациенты могли легко контролировать уровень уратов в крови».
При смешивании урата с кислородом в присутствии фермента уриказа образуется аллантоин. Разработчики использовали эти знания для разработки системы, в которой уровни урата можно контролировать с помощью бензопорфиринов, известного датчика кислорода.

Бензопорфирины представляют собой сложные молекулы, обладающие уникальными оптическими свойствами. При попадании света от светодиода бензопорфирины возбуждаются и излучают свет. Но атомы кислорода могут влиять на количество или продолжительность жизни бензопорфиринов в возбужденном состоянии.

В результате столкновений атомы кислорода могут отнять часть избыточной энергии у бензопорфиринов. И поэтому, если атомов кислорода меньше, то время жизни бензопорфиринов больше. Исследователи пришли к выводу, что при высоком уровне уратов продолжительность жизни бензопорфиринов должна быть выше, поскольку для выработки аллантоина используется больше кислорода.

Основываясь на этих данных, они разработали технологию для измерения продолжительности жизни бензопорфиринов. Их технология состоит из двух основных компонентов: оптического устройства, предназначенного для сбора испускаемого света из бензопорфиринов, и биосовместимой гидрогелевой платформы для инкапсулирования уриказы и бензопорфиринов.

Чтобы имитировать условия внутри тела, разработчики поместили кусочки гидрогелей в виде миллиметровых тонких дисков в камеры, заполненные физиологическим раствором. В них поступал постоянный поток кислорода и поддерживалась температура 37 градусов Цельсия. В каждую камеру гидрогели помещали в разные уровни урата. Внешний компьютер, подключенный к оптической системе, рассчитывал и сообщал времена жизни бензопорфиринов.

Было обнаружено, что при включении светодиодного света, как и предсказывалось, уровни уратов в каждой камере непосредственно влияли на время жизни бензопорфиринов. То есть, если бы было больше урата, было меньше атомов кислорода, доступных для столкновений. Следовательно, время жизни бензопорфиринов было выше.