Это может скоро измениться благодаря небольшому носимому датчику, разработанному инженерами Лаборатории наноэлектронных устройств EPFL (Nanolab) и Xsensio. Устройство может быть размещено непосредственно на коже пациента и может непрерывно измерять концентрацию кортизола, основного биомаркера стресса, в поте пациента.
Кортизол: палка о двух концах
Кортизол – это стероидный гормон, вырабатываемый нашими надпочечниками из холестерина. Его секреция контролируется адренокортикотропным гормоном (АКТГ), который вырабатывается гипофизом.
Кортизол выполняет в нашем организме важные функции, такие как регулирование обмена веществ, уровня сахара в крови и артериального давления; он также влияет на иммунную систему и сердечно-сосудистые функции.
Когда мы находимся в стрессовой ситуации, опасной для жизни или обыденной, кортизол – это гормон, который берет верх.
Он инструктирует наше тело направлять необходимую энергию в наш мозг, мышцы и сердце. «Кортизол может выделяться импульсивно – вы чувствуете себя хорошо, и внезапно происходит что-то, что подвергает вас стрессу, и ваше тело начинает вырабатывать больше гормона», – говорит Адриан Ионеску, глава Nanolab.
Хотя кортизол помогает нашему организму реагировать на стрессовые ситуации, на самом деле это палка о двух концах.
Обычно он выделяется в течение дня в соответствии с циркадным ритмом, достигая пика между 6 и 8 часами утра, а затем постепенно снижаясь во второй половине дня и вечером. «Но у людей, страдающих заболеваниями, связанными со стрессом, этот циркадный ритм полностью нарушается», – говорит Ионеску. "А если организм вырабатывает слишком много или недостаточно кортизола, это может серьезно навредить здоровью человека, что может привести к ожирению, сердечно-сосудистым заболеваниям, депрессии или выгоранию."
Захват гормона для его измерения
Анализы крови можно использовать для мгновенного измерения уровня кортизола у пациентов. Однако определяемое количество кортизола также можно найти в слюне, моче и поте.
Команда Ионеску из Nanolab решила сосредоточиться на поте как на жидкости для обнаружения и разработала носимый умный пластырь с миниатюрным датчиком.
Патч содержит транзистор и электрод из графена, который благодаря своим уникальным свойствам обеспечивает высокую чувствительность и очень низкие пределы обнаружения. Графен функционализируется с помощью аптамеров, которые представляют собой короткие фрагменты одноцепочечной ДНК или РНК, которые могут связываться с определенными соединениями. Аптамер в пластыре EPFL несет отрицательный заряд; когда он вступает в контакт с кортизолом, он немедленно захватывает гормон, заставляя нити складываться на себя и приближая заряд к поверхности электрода.
Затем устройство обнаруживает заряд и, следовательно, может измерять концентрацию кортизола в поту пользователя.
До сих пор не было разработано никакой другой системы для непрерывного мониторинга концентрации кортизола на протяжении всего циркадного цикла. «Это ключевое преимущество и инновационная особенность нашего устройства. Поскольку его можно носить, ученые могут собирать количественные и объективные данные о некоторых заболеваниях, связанных со стрессом.
И они могут делать это неинвазивным, точным и мгновенным образом во всем диапазоне концентраций кортизола в человеческом поту », – говорит Ионеску.
Инженерия улучшила здравоохранение
Инженеры протестировали свое устройство на собственной платформе Xsensio Lab-on-SkinTM; следующим шагом будет передача его в руки медицинских работников. Эсмеральда Мегалли, генеральный директор Xsensio, говорит: «Совместная группа исследований и разработок в EPFL и Xsensio достигла важной вехи в области исследований и разработок в области обнаружения гормона кортизола.
Мы с нетерпением ждем возможности протестировать этот новый датчик в условиях больницы и по-новому взглянуть на то, как работает наш организм.«Команда создала мостовой проект с проф. Нелли Питтелуд, руководитель отдела эндокринологии, диабета и обмена веществ в Университетской больнице Лозанны (CHUV), для своих сотрудников, чтобы опробовать систему непрерывного мониторинга кортизола на людях. В этих испытаниях будут участвовать здоровые люди, а также люди, страдающие синдромом Кушинга (когда организм вырабатывает слишком много кортизола), болезнью Аддисона (когда организм не производит достаточного количества) и ожирением, связанным со стрессом.
Инженеры считают, что их датчик может внести важный вклад в изучение физиологических и патологических ритмов секреции кортизола.
А как насчет психологических заболеваний, вызванных слишком большим стрессом?? «На данный момент они оцениваются только на основе восприятия и душевного состояния пациентов, которые часто являются субъективными», – говорит Ионеску. "Таким образом, наличие надежной носимой системы может помочь врачам объективно оценить, например, страдает ли пациент от депрессии или выгорания, и насколько эффективно его лечение. Более того, врачи будут получать эту информацию в режиме реального времени.
Это станет большим шагом вперед в понимании этих болезней."И кто знает, может быть, однажды эта технология будет включена в умные браслеты. «Следующий этап будет сосредоточен на разработке продукта, чтобы превратить это захватывающее изобретение в ключевую часть нашей сенсорной платформы Lab-on-Skin TM и обеспечить мониторинг стресса для носимых устройств следующего поколения», – говорит Мегалли.