29 سپتامبر 2023- بر اساس مطالعه ی اخیراً منتشر شده در Scientific Reports، محققان حسگری را ابداع کرده اند که قادر به تشخیص غیرتهاجمی غلظت گلوکز در مایعات بدن مانند بزاق است.

پیش زمینه

دیابت، یک بیماری متابولیک است که افراد 45 ساله و بالاتر را تحت تاثیر قرار می دهد و به طور کلی به دلیل سابقه خانوادگی، رژیم غذایی نامناسب و شاخص توده بدنی بالا(BMI) ایجاد می شود.

مشکلات دیابت مانند قطع عضو قلب و عروق، کلیه و اندام می تواند ناشی از عدم کنترل قند(گلوکز) خون باشد. سطح قند خون بیماران باید چندین بار در طول روز با استفاده از آزمایشاتی مانند قند خون ناشتا(FBG)، تست تحمل گلوکز خوراکی (OGTT) و هموگلوبین گلیکوزیله (HbA1c) بررسی شود.

در مورد این مطالعه

در مطالعه ی حاضر، محققان حسگری را برای شناسایی افراد دیابتی بر اساس تغییرات متابولیت های بزاقی ابداع کردند. عملکرد این سنسور با تمرکز بر الگوهای رنگ منحصر به فرد مشاهده شده در بیماران دیابتی به صورت کیفی و کمّی ارزیابی شد.

یک بستر کاغذی برای ساخت یک حسگر چند منظوره برای تشخیص و مدیریت سریع پیشرفت دیابت استفاده شد.در این حسگر از پورفیرازین ها، رنگ های حساس به pH و نانوذرات نقره (AgNPs) برای تشخیص تغییرات در ترکیب بزاق بین افراد دیابتی و غیر دیابتی استفاده شد. پاسخ های رنگ سنجی از تجزیه و تحلیل ترکیب بزاق با سطوح گلوکز خون ناشتا (FBG) به دست آمده از ابزارهای آزمایشگاهی معمول، مقایسه شد.

این سوبسترای کاغذی از دو لایه تشکیل شده است که روی یکدیگر تا شده اند. نمونه بزاق به لایه اول تزریق شد. این ماده به زیرلایه نفوذ کرد و با اجزای حسگر واکنش داد در حقیقت متابولیت‌های بزاقی به گیرنده‌هایشان در لایه ی دوم متصل شدند و باعث تغییر رنگ در اجزای حسگر شدند که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده بود.

این ساختار ویسکوزیته بزاق را کاهش داد و در عین حال مدت زمان تجزیه و تحلیل را کوتاه کرد و از حرکت عناصر دستگاه حسگر، جلوگیری کرد.

هسته های کبالت، مس و روی با رنگ های آلی]ترکیب با فنیل بورونیک اسید (PBA) و هیدروکسید تترابوتیلامونیوم [(TBOH) و نانوذرات نقره] شامل ال-آرژنین، کیتوزان و اسید تیومالیک (TMA) به عنوان عوامل پوششی [به عنوان گیرنده در این حسگر، گنجانده شده اند.

هدف این مطالعه ارائه ی الگوهای رنگی متمایز برای بیماران دیابتی در مقایسه با الگوهای رنگی در افراد سالم بود.

تجزیه و تحلیل مؤلفه اصلی - تجزیه و تحلیل متمایز خطی (PCA-LDA) برای ارزیابی توانایی سنسور برای تمایز بین افراد دیابتی و غیر دیابتی بر اساس پروفایل متابولیک بزاقی آنها انجام شد.

برای هر نمونه، کل پاسخ حسگر محاسبه شد و ارتباط آن با شرکت کنندگان بررسی شد. تکرارپذیری پاسخ های حسگر با ساخت پنج حسگر به روش اوریگامی بررسی شد. واکنش ها که به عنوان هنجارهای اقلیدسی بیان می شوند، برای مدتی برای ارزیابی پایداری حسگر مبتنی بر این آرایه، آزمایش شدند.

نتایج

هر گروه تحقیقاتی یک نقشه رنگی منحصربفرد دریافت کردند که با استفاده از یک اسکنر قابل ردیابی بود. پاسخ رنگ سنجی از تجزیه و تحلیل ترکیب بزاق، با مقدار گلوکز خون ناشتا (FBG) ارزیابی شده توسط ابزارهای آزمایشگاهی معمولی، همبستگی داشت.

افراد با دقت 89 درصد به عنوان دیابتی یا غیر دیابتی طبقه بندی شدند. عملکرد سنسور بطور مستقیم با غلظت رنگ، افزایش یافت.

بهترین نتایج با استفاده از نسبت مولی 4:1 (رنگ آلی: معرف) به دست آمد. برای جمع آوری داده ها، زمان واکنش حسگر چهار دقیقه بود. تنها دو ماکروسیکل تتراپیرول، Zn-Pa (S2) وCu-Pa (S3)، به مواد شیمیایی بزاق واکنش نشان دادند.

این سنسور تغییرات در غلظت متابولیت را تشخیص داد. شدت رنگ‌های آلی مخلوط با PBA توسط متابولیت‌های بزاق در افراد مبتلا به دیابت تغییر یافت. نانوذرات نقره تولید شده با کیتوزان منحصراً زمانی که نمونه‌های بزاق از افراد دیابتی گرفته شده بود، انباشته شدند و رنگ آنها از زرد به قهوه‌ای تغییر کرد.

پس از افزودن تیومالیک اسید(TMA)-AgNPs به ترشحات بزاق افراد مبتلا به دیابت و بدون دیابت، این پدیده مشاهده شد. میزان تغییر رنگ متیل رد وTBOH با دسته بندی های گلوکز خون اندازه گیری شده، همبستگی داشت.

محققان گفتند: گیرنده‌های حسگر مبتنی بر نانوذرات به دلیل ویژگی‌ها و حساسیت‌های متمایز، سطح گلوکز خون را با فواصل کوتاه‌تر بهتر تعیین می کنند. پاسخ سنسور تحت تأثیر تغییرات سنی قرار نگرفت.

نتیجه گیری

به طور کلی، یافته‌های این مطالعه پتانسیل این حسگر(سنسور) را به‌عنوان فناوری‌های غیرتهاجمی برای پایش مداوم دیابت، به‌ویژه در افراد مسن، برجسته کرد. پاسخ سنسور بر اساس تفاوت رنگ در گیرنده‌های آشکارساز بود که تفسیر را بدون نیاز به پرسنل عملیاتی تسهیل می‌کرد.

این حسگر می‌تواند محتوای شیمیایی نمونه‌های بزاق را تشخیص دهد، سطح گلوکز خون را تخمین بزند، و نتایج قابل تکراری ارائه دهد.

سهولت استفاده، قابل حمل بودن و قابل اعتماد بودن این سنسور، آن را به یک جایگزین بالقوه برای رویکردهای معمول تبدیل کرده است. با این حال، به دلیل نیاز به سانتریفیوژ، استفاده فعلی از این سنسور به آزمایشگاه های بالینی محدود می شود.

طرح های آینده ممکن است ویژگی های ساختاری این سنسور بزاقی را با استفاده از لایه های اضافی برای پیش درمان و فیلتر کردن بهبود بخشد. این کار امکان تسریع تصویربرداری، تجزیه و تحلیل رنگ و گزارش پاسخ نهایی را فراهم می کند. افزودن گیرنده هایی که می توانند تأثیر داروهای مختلف را برای درمان دیابت تشخیص دهند، هدف دیگری برای تحقیقات آینده است.

منبع:

https://www.news-medical.net/news/20230929/Sensors-that-monitor-salivary-metabolic-changes-to-rapidly-diagnose-diabetes.aspx