使用可复位传感器进行持续炎症监测

最近的一项研究发现了生物传感器技术的突破，即主动复位蛋白质传感器的发展。这些传感器设计用于连续、实时监测与炎症相关的生物标志物，解决了传统生物传感方法的局限性，例如信号漂移和饱和。

这项创新通过及时检测白细胞介素-6 （IL-6） 和肿瘤坏死因子-α （TNF-α 等生物标志物，有望管理慢性病，这些生物标志物对追踪炎症反应至关重要。

背景：持续监控的必要性

炎症是导致自身免疫性疾病、心血管疾病和癌症等疾病的关键因素。IL-6 和 TNF-α 等生物标志物对于评估炎症反应和指导医疗干预至关重要。然而，酶联免疫吸附测定 （ELISA） 等传统方法缺乏提供实时数据的能力，并且需要劳动密集型的样品处理。

电化学生物传感器由于其灵敏度和便携性而提供了潜在的解决方案。尽管如此，信号不稳定和需要频繁重新校准等挑战限制了其长期有效性。在传感器设计中引入有源复位机制可以解决这些挑战，使传感器能够长时间可靠地运行。

研究：开发主动复位传感器

在这项研究中，研究人员采用使用计时安培法的电化学检测技术来测量靶蛋白的结合。他们的设计以适配子（结合特定靶标的短 DNA 或 RNA 分子）为特色，将其固定在导电基材上，以捕获髓过氧化物酶 （MPO） 等生物标志物。主动复位机制使用高频振荡来解离结合的蛋白质，使传感器能够在不到一分钟的时间内恢复到基线状态。

该研究的关键步骤包括：

• 传感器制造：MPO 特异性适配子共价键合到导电底物上。

• 主动复位机制：高频振荡经过优化，可长期保持传感器的响应能力。

• 体外测试：传感器在 10 pg/ml 至 1000 pg/ml 的 MPO 浓度范围内进行了测试，记录了检测限和响应时间。

• 验证技术：石英晶体微量天平 （QCM） 测量证实了重置阶段的蛋白质解离。

• 体内测试：在糖尿病大鼠体内植入传感器，监测血液和间质液 （ISF） 中的 IL-6 和 TNF-α 水平。实验条件包括禁食和胰岛素注射，与对照组进行比较。
  

主要发现和见解

主动复位蛋白传感器在体外和体内环境中均表现出卓越的性能。主要发现包括：

• 增强的灵敏度：传感器检测到的 MPO 浓度明显低于传统方法。

• 快速复位时间：主动复位机制即使在长时间使用时也能保持一致的性能。

• 准确的实时数据：在动物研究中，传感器随着时间的推移跟踪 IL-6 和 TNF-α 水平，识别出不同的炎症模式。

传感器还显示，禁食导致炎症标志物逐渐增加，而胰岛素注射显着降低了这些标志物。结果根据 ELISA 测量进行了验证，证实了其准确性和可靠性。

讨论：对临床应用的影响

该研究强调了主动复位蛋白传感器彻底改变慢性病管理的潜力。持续监测炎症生物标志物可以实现早期干预和更个性化的治疗。

讨论还强调了潜在的挑战：

• 生物相容性：确保与生物环境的长期相容性。

• 稳定性：在各种条件下保持传感器性能。

• 更广泛的生物标志物检测：扩大可检测标志物的范围以涵盖更广泛的疾病。

主动复位机制解决了传统生物传感器的许多限制，为临床环境中的连续、实时监测提供了一个强大的平台。

结论和未来方向

主动重置蛋白质传感器代表了生物传感技术向前迈出的重要一步，解决了信号漂移和饱和等持续存在的挑战。这些传感器能够持续、可靠地监测关键的炎症生物标志物，提供对管理慢性病至关重要的实时数据。未来的研究将侧重于改进传感器设计、提高长期稳定性和扩大可检测生物标志物的范围。

这些传感器在体外和体内模型中的成功验证凸显了它们通过实现持续、准确的监测来改变疾病管理的潜力。这一进步为下一代生物传感器奠定了基础，为临床医生和研究人员提供了对炎症的实时洞察，从而可以推动更有效和个性化的治疗策略。

期刊参考

H. Zargartalebi 等人（2024 年）。主动复位蛋白传感器可实现对炎症的连续体内监测。科学 386， 1146-1153。DOI：10.1126/science.adn2600， https://www.science.org/doi/10.1126/science.adn2600

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