高香草酸（HVA）是重要中樞神經(jīng)遞質(zhì)多巴胺的一種主要代謝產(chǎn)物，與多巴胺不同，它能夠穿過血腦屏障進入血液循環(huán)系統(tǒng)。因此血液HVA的波動與中樞多巴胺活性密切相關。在臨床上，中樞多巴胺的檢測需要復雜的腦脊液分析或神經(jīng)外科手術來植入裝置，容易造成感染和永久性中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能損傷。相比之下，血液樣本易于采集，植入帶來的侵入性較小，因此血液HVA的動力學研究將是對現(xiàn)有大腦多巴胺活性研究方法的有力補充。此外，血液HVA被用作評估精神分裂癥進展和相關治療藥物有效性的指標，其還與神經(jīng)退行性疾病（如帕金森氏癥和阿爾茨海默氏。┑陌l(fā)病機制有關。因此，實時監(jiān)測血液HVA對研究中樞多巴胺活性、疾病發(fā)病機制和藥物療效評估具有重要意義。
實現(xiàn)體內(nèi)HVA實時監(jiān)測的主要挑戰(zhàn)在于血液中存在大量活性物質(zhì)，尤其是HVA同類的兒茶酚胺及其代謝物，它們的分子結構與HVA非常相似，甚至只有一個官能團的差別。因此很難將它們與HVA區(qū)分開來，實現(xiàn)對血液HVA的準確監(jiān)測。雖然目前臨床上可通過高效液相色譜法或酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）來檢測血液中的HVA，但受限于采血頻率和數(shù)量，以及需要在實驗室對采集的樣本進行長時間分析，實時監(jiān)測HVA仍具有挑戰(zhàn)性。因此，目前還沒有方法可以實時監(jiān)測血液HVA。
圖1：高選擇性纖維傳感器的示意圖和結構表征
圖3：高選擇性纖維傳感器的生物安全性
將高選擇性纖維傳感器微創(chuàng)注射至大鼠尾靜脈，并與柔性芯片集成來評估傳感器的在體響應性能。實驗結果表明，傳感器在體連續(xù)采集的數(shù)據(jù)與通過商用ELISA試劑盒取樣測試結果十分匹配，準確率高達97.8%。傳感器植入大鼠體內(nèi)四周，期間傳感器的靈敏度與界面阻抗均保持穩(wěn)定，展示了傳感器在體長期連續(xù)監(jiān)測的可行性。得益于傳感器優(yōu)異性能，將其應用于中樞多巴胺活性的研究作為概念驗證。將藥物左旋多巴靶向注射至海馬體來誘導顱內(nèi)多巴胺的產(chǎn)生。植入大鼠尾靜脈的纖維傳感器實時監(jiān)測到血液中HVA濃度逐漸增加，其在104分鐘后達到峰值，與中樞多巴胺達到峰值相比延遲74分鐘。此外，隨著血液HVA濃度的增加，大鼠表現(xiàn)出興奮性行為。該結果驗證了通過傳感器實時監(jiān)測血液HVA來評估中樞多巴胺變化趨勢和評價藥物行為反應的可行性（圖4）。
綜上所述，該工作通過設計分子印跡聚合物，開發(fā)了一種植入式電化學HVA纖維傳感器，實現(xiàn)了體內(nèi)HVA的高選擇性（>12.6倍）、高準確性（97.8%）和實時監(jiān)測。這項工作不僅為實時監(jiān)測血液中的HVA濃度提供了一種前景廣闊的工具，對研究中樞多巴胺活性、疾病診斷和藥物療效評估具有重要意義，而且為提高植入式電化學傳感器的選擇性提供了一種通用策略，從而拓寬了體內(nèi)生化物質(zhì)的監(jiān)測范圍。
論文鏈接 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c11641
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