Микрокапсулы с начинкой из фермента, реагирующего на глюкозу, могут работать больше года.

В наше время больные диабетом легко могут узнать уровень глюкозы в крови с помощью портативных глюкометров. Но для глюкометра нужен образец крови, то есть нужно делать укол в палец – укол пусть и неглубокий, но все же болезненный. Есть ли способ узнать уровень глюкозы без того, чтобы все время колоть себе пальцы? Это может быть, например, какой-нибудь биодатчик, вживленный не очень глубоко под кожу и постоянно считывающий нужные биохимические показатели.

Чтобы измерить уровень глюкозы с помощью современного глюкометра, нужно все равно каждый раз колоть себе палец. (Фото: londondeposit / Depositphotos.)

Микрокапсулы для измерения уровня глюкозы, фото в конфокальном микроскопе. (Фото: ИТЭБ РАН.)

Именно такой биодатчик разработали сотрудники Института теоретической и экспериментальной биофизики (ИТЭБ) РАН вместе с коллегами из Великобритании и Германии. Принцип его работы в том, что фермент глюкозооксидаза окисляет глюкозу, а продукты реакции взаимодействуют с особым флуоресцентным красителем, заставляя его светиться. По свечению можно определить уровень глюкозы. Сам фермент находится в специальных микрокапсулах, которые вводятся под кожу.

При изготовлении микрокапсул сначала делают биоминеральное ядро из обычного мела, смешанного с ферментом; ядро окружают многослойной оболочкой, которая не дает глюкозооксидазе уйти из капсулы, но при том свободно пропускает к ферменту глюкозу. Биоминеральное ядро растворяется, так что в капсуле остается только фермент. Между слоями оболочки находится краситель из соли рутения.

Микрокапсулы внедряются на совсем небольшом участке кожи площадью всего несколько миллиметров. По сути это что-то вроде татуировки: «умная тату» чувствует глюкозу и начинает флуоресцировать, ее излучение можно считать оптическим датчиком, которые переведет световой сигнал в цифры, обозначающие уровень глюкозы. По словам авторов работы, «умная тату» может работать около года, а то и дольше. Постепенно микрокапсулы распадаются, но никаких вредных веществ при этом не появляется, да и в любом случае концентрация продуктов распада слишком ничтожна, чтобы вызвать какую-то существенную реакцию кожи.

При синтезе капсул в них можно загрузить до 80% фермента, и несколько лет назад метод их синтеза удалось запатентовать. Однако здесь есть одна проблема: получение микрокапсул пока не получается автоматизировать. Дело в том, что они склонны образовывать крупные агрегаты, что обычно недопустимо. Приходится синтезировать микрокапсулы, обрабатывая их ультразвуком и контролируя каждый этап под микроскопом. Все эти этапы уже отработаны, но вся процедура занимает полный рабочий день, и количество получаемых капсул годится только для научных целей. Впрочем, можно надеяться, что биофармацевтические компании все-таки освоят выпуск микрокапсул, ведь их можно использовать для самых разных целей; в них, например, можно вводить в организм лекарства, чтобы они высвобождались постепенно, или же какие-то диагностические препараты.

По материалам пресс-службы ИТЭБ РАН.