«Бактерии-на-чипе» помогут диагностировать болезнь изнутри
Ученые Массачусетского технологического института построили употребляемый внутрь датчик, снабженный генетически модифицированными бактериями, которые могут диагностировать кровотечение в желудке или другие желудочно-кишечные проблемы. «Бактерии-на-чипе» включают датчики из живых клеток и электронику сверхмалой мощности, которая сможет передать бактериальный ответ в беспроводной сигнал, который можно считать с помощью смартфона.
«Объединив спроектированные биологические данные с маломощной беспроводной электроникой, мы можем обнаруживать биологические сигналы в организме практически в режиме реального времени, получая таким образом новые диагностические инструменты», — говорит Тимоти Лу, доцент MIT в области электротехники, информатики и биоинженерии.
В новом исследовании, которое появилось 24 мая в Sciennce, ученые создали датчики, реагирующие на гем, компонент крови, и показали их работоспособность на свиньях. Также они разработали датчики, способные реагировать на молекулу, которая сигнализирует о воспалении.
Лу и Ананта Чандракасан, декан инженерной школы Массачусетского технологического института и профессор электротехники и информатики Ванневара Буша, были старшими авторами исследования. Ведущими авторами были аспирант Майк Майми и постдок Филипп Надео.
Они разместили бактерий в четырех лунках на специально разработанном датчике, покрытом полупропроницаемой мембраной, которая позволяет проходить небольшим молекулам из окружающей среды. Под каждой лункой находится фототранзистор, способный измерять количество света, создаваемого бактериальными клетками, и передавать информацию на микропроцессор, который отправляет беспроводной сигнал на ближайший компьютер или смартфон. Данные можно проанализировать через Android-приложение.
Датчик, который представляет собой цилиндр длиной около 1,5 дюйма, требует около 13 микроватт мощности. Исследователи оснастили датчик 2,7-вольтовой батарейкой, которая, по их оценкам, может приводить в действие устройство на протяжении 1,5 месяцев непрерывного использования. Они говорят, что батарейку могут подпитывать кислые жидкости в желудке.
«Основное внимание в этой работе уделяется проектированию и интеграции системы, которая позволяет объединить мощь бактериального зондирования со сверхнизкими мощностями для реализации важных приложений для оценки состояния здоровья», говорит Чандракасан.
Если коротко, этот датчик позволяет обойти ненужные процедуры. Можно просто проглотить капсулу, и за относительно короткий период времени вы узнаете, произошло ли кровотечение. В дальнейшем ученые планируют уменьшить размер датчика и изучить, как долго бактерии могут выживать в пищеварительном тракте. Они также надеются разработать датчики для желудочно-кишечных заболеваний, не только для кровотечений.
