Простой тест, разработанный в Университете штата Вашингтон, позволит астронавтам и другим людям, работающим посменно, отслеживать свои биологические ритмы всего за несколько минут с помощью капли крови, бумажной тест-полоски и считывающего устройства на смартфоне. Междисциплинарная группа исследователей из Вашингтонского университета создала недорогой 15-минутный тест с использованием флуоресцентных наночастиц для измерения уровня мелатонина, который повышается и понижается в соответствии с внутренними биологическими часами человека.
Эти часы регулируют циркадные ритмы, или 24-часовые циклы, во всем организме — от пищеварения и обмена веществ до работы мозга и уровня бодрствования. Контроль циркадных ритмов крайне важен при сменной работе, особенно в космической отрасли, где нарушаются естественные 24-часовые циклы света и темноты и сбиваются биологические часы. Это мешает оптимальному функционированию мозга, а в космосе от этого может зависеть успех или провал миссии.
В работе, опубликованной в Nanoscale Horizons, описан анализ уровня мелатонина с помощью флуоресцентного смартфона, напечатанного на 3D-принтере. С его помощью можно определить уровень мелатонина, соответствующий началу биологической ночи у человека.
«Одна из целей этого исследования — мониторинг циркадных ритмов астронавтов», — говорит Энни Ду, профессор-исследователь Колледжа фармации и фармацевтических наук и соавтор новой публикации. «Мы сосредоточились на разработке метода определения уровня мелатонина с помощью смартфона, который может количественно оценить результат. Это очень важно, потому что позволяет проводить измерения на месте, без необходимости отправлять образцы крови в лабораторию. Метод основан на иммуноферментном анализе с латеральным потоком, для которого используется бумажная полоска, похожая на тест-полоски для определения COVID или беременности. Этот метод позволяет точно определить уровень мелатонина».
Это одна из последних разработок Ду в области простых систем мониторинга состояния здоровья с помощью тест-полосок и смартфона, в том числе системы, которая позволяет пожарным и другим специалистам быстро оценить степень воздействия дыма от лесных пожаров на организм. Ее работа также направлена на создание методов доставки лекарств на основе наноматериалов для лечения рака, артрита и других заболеваний.
Мелатонин — это гормон, который вырабатывается шишковидной железой в головном мозге. Его уровень повышается вечером и снижается утром. Таким образом, мелатонин действует как внутренний сигнал, указывающий на «физиологическую ночь». Знание того, когда у человека начинается физиологическая ночь, может быть полезно при планировании работы, требующей высокой продуктивности в ночное время или в течение длительного времени. Это также важно для диагностики и лечения так называемых нарушений циркадных ритмов сна, вызванных сбоями в работе биологических часов.
Концентрация мелатонина в образцах крови невелика, поэтому его сложно обнаружить с помощью традиционных методов. Исследователи разработали метод с использованием наночастиц из европия — редкоземельного материала, известного сильными флуоресцентными свойствами, — чтобы повысить чувствительность анализа.
Флуоресцентные наночастицы помогли достичь «золотого стандарта» чувствительности при измерении уровня мелатонина — точности до 10 пикограммов на миллилитр. Этот уровень соответствует началу физиологической ночи для человека — моменту, когда биологические часы перестают поддерживать бодрствование, и работа мозга может нарушиться.
Сейчас исследователи проверяют работоспособность устройства, тестируя образцы плазмы крови людей, участвовавших в исследованиях. Ду надеется, что в конечном итоге эту технологию можно будет использовать для создания системы непрерывного мониторинга уровня мелатонина, подобной системам мониторинга уровня глюкозы, которыми пользуются люди с диабетом.
[Фото: Freepik.com]
