Enhancing organoid technology with carbon-based nanomaterial biosensors: Advancements, challenges, and future directions.
研究背景
器官类器官能模拟人体组织结构和功能，但传统生物分析和成像技术在监测其内部微环境上有局限。碳基纳米材料（CBNs）因独特性质，被用于开发生物传感器，以提升器官类器官功能性和应用范围。
方法速览
- 生物传感器设计：CBNs被用于开发生物传感器，可嵌入器官类器官，实现对代谢、电生理等变化的实时监测。如石墨烯基生物传感器可监测心脏器官类器官电活动。
- 生物相容性和安全性：通过表面功能化、封装和尺寸控制等策略，减少CBNs生物传感器毒性，提高生物相容性，如PEG化碳纳米管。
- 非侵入性监测：电化学生物传感器等非侵入性技术可实现实时、纵向研究，不破坏器官类器官活力。
- 细胞内监测：细胞内生物传感器可监测细胞内生物过程，但应用于3D器官类器官模型时面临穿透、保留和信号衰减等挑战，可通过优化设计解决。
主要发现
- 性能指标：CBNs生物传感器灵敏度高、稳定性好，如石墨烯和CNT修饰电极检测多巴胺有低检测限，且长期使用信号稳定。
- 集成挑战：CBNs与器官类器官集成面临信号干扰、生物污染和机械不匹配等问题，可通过材料工程策略解决。
- 应用成果：CBNs生物传感器在器官类器官研究中应用广泛，如肝芯片监测葡萄糖、检测癌症患者样本肿瘤坏死因子等。
总结展望
碳基纳米材料生物传感器显著提高了器官类器官的功能性和应用范围。未来需开发下一代CBNs生物传感器，结合人工智能和高通量筛选技术，将患者特异性器官类器官模型用于个性化医学。