Клеточные биосенсоры — технология не новая. Генетически модифицированные клетки меняют характер свечения при изменении определенного биохимического показателя, поэтому такие системы отличаются высокой чувствительностью и сравнительно недороги в производстве. Однако пока их применение ограничивает низкая скорость работы.
«У всех существующих клеточных сенсоров есть ограничение, которое пока и не позволяет использовать их в широкой практике: они очень медленные. Измеряют целевой параметр минимум несколько часов, а то и больше суток. И ладно, если это происходит в пробирке в лаборатории, но, когда клетки находятся в самом организме, они измеряют „среднее по больнице» за большой промежуток времени. А значит, серьезные скачки или падения параметра врач просто не увидит, и вся затея обычно теряет смысл», — пояснил заместитель директора НИИ биологии озера Байкал ИГУ по науке Антон Гурков.
Разработка иркутских ученых как раз направлена на то, чтобы сократить время получения результата с нескольких часов до нескольких секунд.
Первым направлением, где исследователи планируют применить новую технологию, станет аквакультура. Биосенсоры предполагается использовать для оперативного контроля качества воды и биохимических показателей рыбы в рыбоводческих хозяйствах.
Чтобы добиться такой скорости, ученые предложили несколько новых способов задействовать хорошо известные клеточные белки-рецепторы и их каскады усиления сигнала — так, чтобы считывание параметра занимало секунды, а не часы. Для жидких образцов, например отобранной крови, задача решается относительно просто: здесь исследователи рассчитывают подготовить сразу несколько сенсоров, пригодных для медицинской и ветеринарной практики.
Основная же часть проекта, отмечают биологи, связана с более сложной задачей — разработкой новой быстрой и эффективной технологии передачи информации из тканей человека и животных с помощью света.
«Мы хотим попробовать впервые применить к клеточным сенсорам примерно тот же подход, который когда-то использовала американская компания Profusa для подкожного химического датчика на кислород Lumee для больных ишемией. Кодирование информации в динамике изменения свечения этого датчика позволило обойти проблемы, которые создает кожа человека и животных, и сделать его первым и пока единственным коммерчески доступным имплантируемым оптическим сенсором. Если нам улыбнется успех, мы научимся быстро измерять не один кислород, а целую серию критических диагностических параметров организма животных и человека», — рассказал Антон Гурков.
Проект «Разработка быстродействующих систем усиления сигнала для оптических дрожжевых биосенсоров в аквакультуре» (№ 26-74-10027) получил поддержку Российского научного фонда в рамках конкурса научных групп под руководством молодых ученых. С середины 2026 по 2029 год включительно на исследования будет ежегодно выделяться по 6 млн рублей.
