금 나노입자 타투 센서, 지속적 건강 모니터링 혁신

체내 필수 값과 물질 또는 약물 농도를 지속적으로 전송하는 이식형 센서 아이디어는 오랫동안 의사와 과학자를 매료시켜 왔습니다. 이러한 센서는 질병 진행과 치료 성공의 지속적 모니터링을 가능하게 합니다. 그러나 지금까지 이식형 센서는 영구적으로 체내에 남아있기 적합하지 않아 며칠 또는 몇 주 후 교체해야 했습니다. 한편으로는 신체가 센서를 이물질로 인식하여 이식 거부 반응이 문제입니다. 다른 한편으로는 농도 변화를 나타내는 센서 색상이 지금까지 불안정하여 시간이 지남에 따라 퇴색했습니다. 요하네스 구텐베르크 대학교 마인츠(JGU) 과학자들은 몇 달 동안 체내에서 작동할 수 있는 새로운 유형의 이식형 센서를 개발했습니다. 센서는 특정 분자에 대한 수용체로 수정된 색상 안정적인 금 나노입자 기반입니다. 인공 폴리머 조직에 내장된 나노골드는 피부 아래 이식되어 약물 농도 변화를 색상 변화로 보고합니다.

Carsten Sönnichsen 교수 연구팀은 수년간 미세 유동 셀에서 미량 단백질 감지를 위해 금 나노입자를 센서로 사용해 왔습니다. 금 나노입자는 빛을 위한 작은 안테나 역할을 합니다. 빛을 강하게 흡수하고 산란시켜 화려하게 보입니다. 주변 환경 변화에 반응하여 색이 변합니다. Sönnichsen 팀은 이 개념을 이식형 의료 감지에 활용했습니다.

작은 입자가 헤엄쳐 가거나 면역 세포에 의해 분해되는 것을 방지하기 위해 조직 같은 일관성의 다공성 하이드로겔에 내장됩니다. 피부 아래 이식되면 작은 혈관과 세포가 기공으로 자라납니다. 센서는 조직에 통합되어 이물질로 거부되지 않습니다. "우리 센서는 보이지 않는 타투와 같아서 1페니 크기 정도이고 1밀리미터보다 얇습니다."라고 Sönnichsen은 말했습니다. 금 나노입자가 적외선이기 때문에 육안으로는 보이지 않습니다. 그러나 특수한 측정 장치로 피부를 통해 비침습적으로 색상을 감지할 수 있습니다.

연구에서 연구자들은 털 없는 쥐 피부 아래 금 나노입자 센서를 이식했습니다. 다양한 용량의 항생제 투여 후 이 센서의 색상 변화를 모니터링했습니다. 약물 분자는 혈류를 통해 센서로 운반됩니다. 금 나노입자 표면의 특정 수용체에 결합하여 약물 농도에 의존하는 색상 변화를 유도합니다. 색상 안정적인 금 나노입자와 조직 통합 하이드로겔 덕분에 센서는 몇 달 동안 기계적, 광학적으로 안정적으로 유지되었습니다.

색깔 있는 물체는 시간이 지나면 탈색됩니다. 그러나 금 나노입자는 탈색되지 않고 영구적으로 색을 유지합니다. 다양한 수용체로 쉽게 코팅할 수 있어 이식형 센서의 이상적인 플랫폼입니다.

이 개념은 일반화 가능하며 이식형 센서 수명 연장 잠재력을 가집니다. 미래에는 금 나노입자 기반 이식형 센서로 다양한 바이오마커나 약물 농도를 체내에서 동시에 관찰할 수 있을 것입니다. 이러한 센서는 약물 개발, 의학 연구, 만성 질환 관리 같은 개인 맞춤 의학에 응용될 수 있습니다.