Глюкометр для цистеина

Ученые разработали сенсор, позволяющий быстро измерить уровень аминокислоты L-цистеин в крови. Это вещество служит строительным блоком для сборки белков, и снижение его количества в организме указывает на развитие серьезных заболеваний, например диабета, болезней Альцгеймера и Паркинсона. В основе прибора лежит электрод, покрытый тонкой пленкой ионной жидкости, окисленная форма которой реагирует с L-цистеином и меняет сигнал сенсора, выступая таким образом в роли «датчика» присутствия этой аминокислоты в крови человека.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

В дальнейшем устройство сможет в полевых условиях измерять количество L-цистеина в крови по аналогии с глюкометром, который используют для самостоятельного определения уровня сахара в крови. Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Electrochimica Acta.

Аминокислота L-цистеин в организме человека служит компонентом синтеза самых разных белков. Кроме того, она выступает одним из маркеров состояния здоровья. Дело в том, что L-цистеин, наряду с некоторыми другими молекулами, препятствует разрушению и старению клеток. Поэтому от его количества зависит способность организма сопротивляться болезням и старению. Снижение уровня L-цистеина наблюдается при диабете, сердечно-сосудистых патологиях, болезнях Альцгеймера и Паркинсона, а также может указывать на хроническое воспаление и аутоиммунные нарушения.

В современной медицине для определения уровня L-цистеина в крови используют жидкостную хроматографию — метод, при котором все компоненты крови разделяют под высоким давлением. Однако такой подход требует много времени, квалифицированного персонала и условий стационарной лаборатории. Кроме того, прибор для хроматографии стоит дорого, поэтому ученые ищут более доступные альтернативы.

Химики из Казанского (Приволжского) федерального университета разработали дешевый и быстрый сенсор для определения уровня L-цистеина в крови и пищевых добавках. Принцип его работы схож с электрокардиограммой: прибор регистрирует пики протекающего через него тока, по высоте которых можно определить количество L-цистеина в исследуемом образце. В основе сенсора лежит ионная жидкость, которая в окисленной форме может реагировать с L-цистеином, меняя электрохимический сигнал и позволяя таким образом определять концентрацию аминокислоты. Авторы нанесли ее на электрод — стеклоуглеродный стержень, после чего немного подсушили для образования тонкой пленки.

Чтобы протестировать датчик, химики приготовили образцы искусственной крови, в которые добавили разное количество L-цистеина. Покрытый пленкой ионной жидкости электрод погружали в раствор и подавали на него напряжение. Электрохимический анализатор, подключенный к электроду, показывал пики окисления. Чем больше L-цистеина было в образце, тем сильнее снижался пик ионной жидкости.

Выйти из полноэкранного режима

Развернуть на весь экран

«Наш сенсор просто собрать в лаборатории и в полевых условиях (по аналогии с глюкометрами — компактными недорогими портативными приборами для самостоятельного измерения уровня сахара в крови в домашних условиях), а все материалы для него достаточно дешевы. С использованием одноразовых электродов, изготовленных с помощью трафаретной печати, предложенный метод можно масштабировать и применять вне медицинских учреждений»,— комментирует основной исполнитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Юрий Кузин, кандидат химических наук, научный сотрудник Химического института им. А. М. Бутлерова Казанского федерального университета.

Разработанный авторами датчик позволил определить количество L-цистеина с высокой точностью в диапазоне концентраций, достаточном для медицинской диагностики. Кроме того, ученые доказали, что сенсор пригоден к использованию в присутствии молекул, схожих с L-цистеином по структуре и свойствам.

«В дальнейшем мы планируем создать сенсоры на основе других чувствительных соединений, чтобы расширить круг воспринимаемых прибором органических веществ. Кроме того, в связи с дешевизной нашей разработки мы рассматриваем вариант подготовки реального образца для практических измерений в лабораториях. Также на основе существующих научных результатов мы планируем подготовить патент на разработанный сенсор»,— рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Павел Падня, кандидат химических наук, ведущий научный сотрудник Химического института им. А. М. Бутлерова Казанского федерального университета.

Подготовлено при поддержке Российского научного фонда