Мы все в какой-то момент испытывали стресс, будь то в нашей личной или профессиональной жизни или в ответ на исключительные обстоятельства, такие как пандемия COVID-19. Но до сих пор не существовало способа объективно оценить уровень стресса.

Это может скоро измениться благодаря небольшому носимому датчику, разработанному инженерами из лабораторий наноэлектронных устройств EPFL (Nanolab) и Xsensio. Устройство может быть размещено непосредственно на коже пациента и может непрерывно измерять концентрацию кортизола, основного биомаркера стресса, в поту 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, будь то опасная для жизни или повседневная, 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 повредить здоровью человека, потенциально приводя к ожирению, сердечно-сосудистым заболеваниям, депрессии или выгоранию»

Улавливание гормона для его измерения

Анализы крови можно использовать для мгновенного измерения уровня кортизола у пациентов. Однако обнаруживаемое количество кортизола также можно найти в слюне, моче и потом. Команда Ионеску из Nanolab решила сосредоточиться на поте как на жидкости для обнаружения и разработала носимую смарт-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 поте владельца.

До сих пор не было разработано никакой другой системы для непрерывного мониторинга концентрации кортизола в течение всего циркадного цикла. «Это ключевое преимущество и новаторская 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 в течение всего диапазон концентраций кортизола в человеческом поту ", – говорит Ионеску.

Инженерное улучшение здравоохранения

Инженеры протестировали свое устройство на собственной платформе Xsensio Lab-on-SkinTM; следующим шагом будет передача его в руки медицинских работников.

Совместная группа НИОКР EPFL и Xsensio достигла важной вехи в исследованиях и разработках в области обнаружения гормона кортизола. Мы с нетерпением ждем возможности протестировать этот новый датчик в условиях больницы и открыть новое понимание того, как работает наш организм »

Эсмеральда Мегалли, генеральный директор Xsensio

Команда совместно с профессором Нелли Питтелуд, заведующим отделением эндокринологии, диабета и метаболизма Университетской больницы Лозанны (CHUV), совместно с профессором Нелли Питтелуд создала совместный проект для ее сотрудников, чтобы опробовать систему непрерывного мониторинга уровня кортизола на людях. В этих испытаниях будут участвовать как здоровые люди, так и 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 сенсор 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 эмоционального выгорания, и насколько эффективно его лечение. Более того, врачи будут получать эту информацию в режиме реального времени. шаг вперед в понимании этих болезней »

И кто знает, может быть, однажды эта технология будет включена в умные браслеты. «Следующая фаза будет сосредоточена 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

.

Source link