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可植入的谷氨酸生物传感器可以监测药物对神经外伤的有效性

2019-03-29 08:53:15 • 来源：

普渡大学的科学家表示，他们已经建造了一种小型，灵活的传感器，比过去追踪谷氨酸的尝试更快，更精确。传感器是脊髓上的可植入设备，主要是用于在动物模型中进行测试的研究工具，但是可以将未来的临床用途用作监测用于神经损伤或脑疾病的药物是否起作用的方式。

可植入的谷氨酸生物传感器可以监测药物对神经外伤的有效性

该小组的研究(“使用直接写入基于铂纳米颗粒的纳米复合墨水的柔性谷氨酸生物传感器的简易制造”)出现在即将出版的生物传感器和生物电子学杂志中。

“谷氨酸兴奋毒性是一种过量谷氨酸可引起神经元损伤和变性的病理。它还与创伤性脊髓损伤的继发性损伤机制有关。用于表征体内谷氨酸水平的常规生物分析技术，例如微透析，具有低的时空分辨率，这阻碍了我们对这种动态事件的理解。在这项研究中，我们提出了一种使用简单的直接墨水书写技术制造的电流型生物传感器，用于体内谷氨酸监测，“研究人员写道。

“生物传感器是通过在由柔性基板上的铂纳米颗粒，多壁碳纳米管和导电聚合物制成的纳米复合电极上固定谷氨酸氧化酶来制造的。该传感器设计用于在创伤性脊髓损伤事件期间测量谷氨酸和其他潜在生物标志物的细胞外动力学。

“在这里，我们展示了这些快速原型植入式生物传感器的良好灵敏度和选择性，可插入脊髓并测量细胞外谷氨酸浓度。我们表明，我们的生物传感器具有良好的灵活性，线性范围，可重复性和稳定性，适合未来的体内评估。“

“当你感觉自己正在发烧时，检查体温并不重要 - 几个小时后它可能会相同。但谷氨酸飙升速度如此之快，以至于如果你当时没有捕获它，你就错过了获取数据的全部机会，“普渡大学基础医学系神经科学和生物医学工程教授，医学博士，医学博士说。科学，兽医学院和韦尔登生物医学工程学院。

诸如来自车祸或足球中的滑车的撞击可以伤害脊髓，还损伤运输谷氨酸的神经结构，谷氨酸发送信号以激发神经组织以执行诸如学习和记忆的功能。

受损的神经结构意味着谷氨酸的负荷泄漏到细胞外的空间，过度兴奋和损害它们。脑疾病，包括阿尔茨海默氏症和帕金森病，也表现出谷氨酸水平升高。

Shi表示，到目前为止，设备的灵敏度还不足以快速检测谷氨酸以捕获其峰值，或者足以支付长期研究项目的价格。

普渡大学的研究人员正在通过植入式传感器解决这些问题，他们采用3D打印和激光微机械加工(已在实验室和工业中定期使用的工艺)。

“我们希望创建一种低成本且非常快速的方法来构建这些传感器，以便我们可以轻松地为研究人员提供一种测量体内谷氨酸水平的方法，”普渡大学生物医学工程助理教授Hugh Lee博士说。专注于植入式微技术。

该技术允许研究人员快速改变传感器的大小，形状和方向，然后在动物模型中进行测试，而无需经历更昂贵的微加工过程。

体内测量水平将有助于研究人员研究脊髓损伤是如何发生的，以及脑疾病如何发展。

“偏头痛有多大问题?真的是痛苦背后的谷氨酸过多，还是清理谷氨酸的体系下降了?“施说。

研究人员将该装置植入动物模型的脊髓中，然后将脊髓损伤以观察穗状突起。该设备立即捕获了尖峰，而对于目前的设备，研究人员必须等待30分钟才能在损坏脊髓后获取数据。

在未来，研究人员计划为生物传感器创造一种自我清除炎症细胞的方法，这些炎症细胞是人体为了保护自身而招募的。这些细胞通常在生物传感器周围形成纤维囊，从而阻止其敏感性。

该技术还可以允许沿脊髓植入更多传感器，这将有助于研究人员了解谷氨酸的传播范围和速度。

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