Revolučné senzory umožnia nepretržité meranie hladiny stresového hormónu a včasnú diagnostiku metabolických porúch

 

​Kľúčové zistenia:

• Nové senzory analyzujú ľudský pot a medzibunkovú tekutinu pre okamžité zistenie hladiny kortizolu.

• Zariadenia využívajú špecifické membrány, ktoré prepúšťajú alebo blokujú ióny na základe prítomnosti tohto hormónu.

• Technológia odstraňuje potrebu krvných testov a laboratórnej analýzy pri sledovaní endokrinných porúch.

Tradičné metódy merania kortizolu vyžadujú odber krvi a laboratórnu analýzu, čo poskytuje len jednorazový údaj o fyziologickom stave pacienta. Vedecké tímy však vyvinuli nositeľné senzory, ktoré dokážu tento hormón monitorovať nepretržite z ľudského potu alebo z medzibunkovej tekutiny.

Tieto kompaktné zariadenia využívajú elektrochemickú detekciu a technológiu polymérov so špecifickou vnútornou štruktúrou. Vyvinuté polyméry pôsobia ako membrány, ktoré selektívne reagujú s cieľovými molekulami a menia priepustnosť pre ostatné prítomné ióny. Výsledný elektrický signál je následne spracovaný integrovaným obvodom a odoslaný na ďalšiu diagnostickú analýzu.

Jeden z vyvinutých senzorov pre analýzu potu vykazuje široký rozsah detekcie od hodnoty 0,1 pikomolu po 5 mikromolov. Zariadenie preukázalo vysokú selektivitu s viac ako stonásobnou odolnosťou voči bežným interferujúcim látkam, akými sú glukóza a kyselina mliečna.

Konštrukcia tohto senzora zahŕňa kompozitnú membránu z hodvábneho fibroínu, ktorá usmerňuje transport potu priamo k meracím elektródam. Flexibilita hardvéru je zabezpečená spojeniami z tekutého kovu, vďaka čomu systém odoláva mechanickému poškodeniu a odlupovaniu pri nosení. Stabilita tohto konkrétneho senzora klesla o necelé 4 percentá po 120 testovacích cykloch nepretržitého merania.

Ďalšia výskumná skupina otestovala multikanálové zariadenie, ktoré meria voľný kortizol v kožnej medzibunkovej tekutine s detekčným limitom pod jeden nanomol. Senzorové pole so 16 kanálmi dokáže odhaliť zmeny v reálnom čase, čo vedci potvrdili po podaní 20 miligramov hydrokortizónu.

Systém bezprostredne zaznamenal nárast a následný pokles hladiny liečiva, pričom tieto výsledky sa stopercentne zhodovali s referenčnými laboratórnymi testami. Zariadenie počas experimentov spoľahlivo sledovalo aj prirodzený denný rytmus kortizolu vrátane ranného nárastu a nočného poklesu. Tento typ nepretržitého monitorovania rozširuje možnosti sledovania biologických markerov priamo v prirodzenom prostredí pacienta.

Výskumný tím zo Stanfordovej univerzity navrhol flexibilnú náplasť, ktorá pasívne nasáva pot cez otvory v spodnej kontaktnej časti. Vlhkosť sa postupne zhromažďuje v miniatúrnom zásobníku prekrytom membránou, ktorá je špecificky citlivá výlučne na prítomnosť sledovaného hormónu.

Keďže kortizol nemá prirodzený elektrický náboj, senzor deteguje hromadenie iónov sodíka a draslíka, ktoré membrána následne zablokuje. Zariadenie si vyžaduje iba minimálne množstvo potu a klinické výsledky poskytuje lekárovi v priebehu niekoľkých sekúnd. Získané údaje pomáhajú endokrinológom zistiť správne fungovanie nadobličiek a hypofýzy, pričom pacient si úroveň môže skontrolovať priamo doma.

Predstavené nositeľné zariadenia riešia dlhodobý problém s monitorovaním reakcií neuroendokrinného systému počas bežných denných aktivít človeka. Sledovanie hladiny kortizolu má potenciál pri liečbe pacientov s diabetom druhého typu, kde nediagnostikovaný nadbytok hormónu komplikuje kontrolu glykémie.

Tieto inovatívne prístroje umožňujú hodnotenie fyziologického stresu na základe molekulárnych markerov bez ich skreslenia inými vonkajšími fyzikálnymi faktormi. Kompaktný dizajn senzorov poskytuje používateľom komfortnú voľnosť pohybu a zjednodušuje diagnostiku rôznych stresových a metabolických porúch.

PREČO JE TO DÔLEŽITÉ: Nepretržité meranie kortizolu umožňuje včasnú diagnostiku metabolických porúch a presné monitorovanie stresu bez nutnosti pravidelných odberov krvi.

Zdroj: spectrum.ieee.org foto: ADAPTYX BIOSCIENCES