Исследовательская команда под руководством Марии Комковой из Московского государственного университета имени М.В. Ломоносова и Федерального медицинского биофизического центра имени А.И. Бурназяна ФМБА России добилась значительного прогресса в разработке высокоточных глюкозных биосенсоров нового поколения. Проект получил поддержку от Российского научного фонда (РНФ) и направлен на создание отечественных систем для непрерывного мониторинга глюкозы у пациентов с диабетом.
Прорыв в измерении глюкозы: точность и надежность для пациентов
Современные методы контроля сахара в крови остро нуждаются в усовершенствовании, поскольку для достоверных измерений в межклеточной жидкости и крови требуется определенное содержание кислорода. Проблема дефицита кислорода эффективно решена российскими учеными: они существенно, в 10–20 раз, снизили количество фермента, наносимого на поверхность сенсора, без потери биохимической активности устройства. Инновационный биосенсор функционирует в импульсном режиме, что обеспечивает высокую точность и чувствительность даже в условиях низкой концентрации кислорода.
В ходе работы на сенсоре накапливается продукт ферментативного взаимодействия глюкозы и кислорода — перекись водорода — который затем фиксируется на электроде. Всего за 15 секунд прибор формирует надежный измерительный сигнал. Глубокие доклинические испытания на лабораторных животных подтвердили возможность беспрерывного контроля уровня сахара в реальном времени, открывая перспективу для внедрения новейших отечественных систем мониторинга в медицинскую практику.
Биосенсор: шаг в будущее отечественной медицины
Разработка российских ученых, реализованная при участии ведущих специалистов МГУ и ФМБЦ имени Бурназяна, позволяет создавать сенсоры, которые эффективно работают в физиологических условиях человеческого организма. Благодаря адаптации биосенсора для работы в межклеточной жидкости и крови, стало возможным отслеживать даже минимальные изменения концентрации глюкозы, а это особенно важно для людей с сахарным диабетом первого и второго типов.
Чаще всего диабетического контроля требуют пациенты, чья поджелудочная железа не вырабатывает или вырабатывает недостаточно инсулина, а также люди с пониженной чувствительностью организма к этому гормону. Риск для здоровья в таких случаях чрезвычайно высок: опасно как значительное повышение, так и снижение уровня сахара. Оба состояния могут привести к серьезным осложнениям, ухудшению зрения, нарушению функций почек и нервной системы или вызвать гипогликемическую кому.
Бесперебойное отслеживание уровня глюкозы становится возможным благодаря внедрению миниатюрных электрохимических датчиков, работающих непрерывно в течение нескольких недель. Пациенты получают круглосуточный доступ к информации об изменениях в организме, что позволяет доктору оперативно корректировать дозировку инсулина, изменять план питания и физической активности. Это принципиально новый подход, способствующий снижению риска осложнений и повышению качества жизни людей с диабетом.
Российские учёные открывают новые горизонты
Главное достижение работы исследовательского коллектива под руководством Марии Комковой — интеграция отечественных технологий и научного потенциала для разработки сенсоров, которые смогут заменить зарубежные аналоги. Инновационный биосенсор не только расширяет диапазон измеряемых концентраций глюкозы, но и существенно уменьшает зависимость пациента от традиционного инвазивного контроля крови.
Благодаря поддержке Российского научного фонда, МГУ и ФМБЦ имени Бурназяна реализуют проекты, направленные на внедрение новых стандартов точности и безопасности отечественных медицинских устройств. Позитивные результаты исследований позволяют надеяться, что в ближайшее время в арсенале врачей появятся современные российские приборы для эффективного контроля диабета, что, несомненно, откроет новые горизонты для отечественного здравоохранения и улучшит жизнь миллионов людей.
Контроль уровня глюкозы в организме приобретает всё большее значение для миллионов людей по всему миру. В последние годы этому способствует бурное развитие технологий биосенсорики. Современные системы мониторинга сахара в крови интенсивно совершенствуются, становясь всё более точными, надёжными и доступными. Это открывает новые перспективы для людей, которым важно поддерживать своё здоровье и жить полноценно.
Как работают современные биосенсоры глюкозы
Современные сенсоры, предназначенные для непрерывного контроля сахара, часто используют фермент глюкозооксидазу. Этот фермент размещается на поверхности чувствительного элемента и обеспечивает окисление глюкозы с помощью кислорода, содержащегося в межклеточной жидкости. В результате данной реакции образуется перекись водорода, количество которой отражает уровень глюкозы. Биосенсор фиксирует возникновение перекиси водорода электродом, измеряя электрический ток, возникающий во время её окисления.
Однако требуется создавать высокое напряжение, чтобы данный процесс происходил эффективно. При таких условиях на электроде могут окисляться и другие вещества — такие как аскорбиновая кислота или мочевая кислота, что снижает точность показаний и делает систему менее избирательной. Это затрудняет достижение высокой точности мониторинга именно уровня сахара, особенно в переменчивых составах биологических жидкостей.
Научный поиск не стоит на месте: альтернативу традиционным сенсорам составляют устройства, основанные на использовании глюкозооксидазы совместно с берлинской лазурью — уникальным синим красителем, чувствительным к пероксиду. В таких сенсорах берлинская лазурь участвует в процессах передачи электронов, позволяя получать электрический сигнал при меньших напряжениях. Однако этот способ сталкивается со своей сложностью — малое содержание кислорода в подкожной жидкости приводит к трудностям при измерении высоких уровней глюкозы. Рабочий диапазон такого сенсора ограничен значением около 0,18 грамм на литр, тогда как в крови содержание сахара может быть существенно выше.
Разработка российских учёных: инновационный биосенсор
К настоящему времени российские учёные из МГУ имени М.В. Ломоносова внесли значительный вклад в развитие этой области. Их коллектив разработал усовершенствованный биосенсор для непрерывного определения концентрации глюкозы, использующий всё ту же глюкозооксидазу и берлинскую лазурь. Но ключевая инновация заключается в том, что количество фермента на чувствительной поверхности сенсора удалось сократить в 10–20 раз по сравнению с традиционными аналогами.
Такой подход кардинально меняет работу устройства. За счёт меньшего количества фермента становится возможным использовать весь имеющийся кислород даже при высоких уровнях сахара. В лабораторных экспериментах специалисты подтвердили, что с новым сенсором можно точно измерять значительно более высокие концентрации глюкозы — вплоть до 5,4 грамма на литр. Это покрывает весь диапазон, необходимый для медицинских исследований и мониторинга состояния людей с различными нарушениями обмена веществ.
Уникальная технология импульсного анализа
Серьёзное уменьшение количества фермента на поверхности сенсора, хотя и расширило рабочий диапазон устройства, повлекло за собой снижение чувствительности. Для устранения этой трудности исследовательская команда внедрила технологию импульсного анализа. В течение 15 секунд сенсор временно не выполняет измерения, а накапливает перекись водорода — продукт окисления глюкозы. Затем за несколько долей секунды происходит быстрое снятие сигнала, что позволяет получить гораздо более чёткие и устойчивые результаты.
Благодаря такому импульсному режиму удалось повысить чувствительность биосенсора в 100 раз! Система сохранила стабильность отклика и точность измерений на всём диапазоне концентраций глюкозы, требуемых для эффективного мониторинга. Новая технология открывает отличные перспективы для создания ещё более миниатюрных и надёжных приборов для пользователей разных возрастных групп и с разными потребностями.
Оптимистичный взгляд в будущее
Разработка усовершенствованных биосенсоров на основе глюкозооксидазы и берлинской лазури — отличный пример того, как современные научные достижения могут прямо влиять на качество жизни людей. Такие инновации позволяют сделать контроль состояния здоровья проще, быстрее и удобнее, а это значит — подарить больше уверенности, свободы и радости тем, кто нуждается в регулярном мониторинге сахара.
Благодаря усилиям исследователей появляются новые инструменты, которые не только решают старые проблемы, но и поднимают стандарты точности и надёжности в медицинских технологиях на новый уровень. В ближайшем будущем мы можем ожидать массового внедрения подобных решений в практику, что сделает заботу о себе и близких ещё более эффективной и результативной.
Для подтверждения эффективности своей разработки группа исследователей организовала серию опытов на животных в Федеральном медицинском биофизическом центре имени А.И. Бурназяна ФМБА России. В рамках эксперимента уникальные биосенсоры вживили под кожу лабораторных крыс. Подобно современным подкожным устройствам, внедряемый датчик способен определять уровень глюкозы в межклеточной жидкости с небольшой задержкой по сравнению с кровяным показателем — приблизительно 20 минут. Учитывая это отличие во времени, исследователи выявили, что данные, собранные сенсором, полностью повторяли изменения уровня сахара в крови, что подтверждает высокую точность системы.
Инновационные технологии для здоровья
Команда ученых делает уверенные шаги к созданию отечественных малоинвазивных биосенсоров, которые смогут существенно улучшить качество жизни людей с диабетом. Одним из главных достижений стала интеграция современных катализаторов и внедрение особого режима электрохимических измерений. Такой симбиоз позволил повысить чувствительность устройства и расширить его рабочий диапазон, а это открывает большие перспективы для скорейшего внедрения в медицинскую практику.
«Успешное сочетание мощных катализаторов с инновационными электрохимическими процессами значительно приблизило нас к реализации российского биосенсора для непрерывного мониторинга глюкозы», — отмечает глава проекта Мария Комкова, кандидат химических наук и ведущий научный сотрудник лаборатории электрохимических методов МГУ имени М.В. Ломоносова. Она подчеркивает, что хотя сделаны серьезные шаги вперед, есть задачи, требующие дальнейшего внимания. В частности, ученые планируют сосредоточиться на улучшении стабильности сенсорных покрытий в процессе эксплуатации, чтобы добиться еще большей надежности устройств.
Перспективы развития и вклад в медицину
Проводимые исследования открывают новые горизонты для отечественной науки и медицинских технологий. Такой подход к созданию биосенсоров не только помогает адаптировать мировые достижения под российские условия, но и способствует развитию собственных технологических решений, ориентированных на потребности граждан. Эксперименты показали, что комбинирование проверенных методик с современными материалами дает высокий результат. Благодаря настойчивой работе коллектива, инновационные сенсоры уже в ближайшем будущем смогут поддержать многих пациентов, предоставляя им точную и своевременную информацию о состоянии организма.
Надежные и эффективные биосенсоры — это шаг к более качественному контролю гликемии без значительных неудобств и вмешательств. Продолжающиеся разработки дают уверенность, что российские пациенты вскоре получат доступ к передовым медицинским устройствам, созданным на базе собственных исследовательских достижений. Оптимистичные прогнозы специалистов позволяют надеяться на скорую массовую интеграцию таких решений в практику здравоохранения.
Источник: indicator.ru
