Tecno

Il sudore è molto promettente per i test non invasivi

L’Università di Cincinnati ha sviluppato un sensore che stimola il sudore sotto una minuscola toppa, anche quando chi lo indossa è freddo e riposato. Il sensore può fornire le stesse informazioni rilevate nel sangue, tranne che in modo non invasivo e per ore, consentendo ai medici di tenere traccia di cose come la malattia, la disidratazione o l’assorbimento di un medicinale nel tempo.

L’Università di Cincinnati ha creato il primo dispositivo di monitoraggio continuo al mondo che testa il sudore con la stessa efficacia del sangue ma in modo non invasivo e per molte ore.

Fare un biosensore rivoluzionario porta sangue, sudore e lacrime.

E la saliva, naturalmente.

Il professor Jason Heikenfeld dell’Università di Cincinnati ha esaminato il potenziale di questi e di altri biofluidi per testare la salute umana con piccoli sensori portatili per la rivista Nature Biotechnology.

Heikenfeld sviluppa la tecnologia indossabile nel suo Novel Device Lab nel College of Engineering and Applied Science della UC. Il suo laboratorio l’anno scorso ha creato il primo dispositivo di test continuo al mondo che campiona il sudore con la stessa efficacia del sangue, ma in modo non invasivo e per molte ore.

“In definitiva, i progressi tecnologici nei dispositivi indossabili sono limitati dalla stessa biologia umana”, afferma lo studio.

Sorprendentemente, molte delle innovazioni nel campo dei biosensori e della tecnologia del sudore sono state sviluppate a Cincinnati. Il primo monitor del glucosio per il diabete è stato commercializzato nella regione. L’inventore del primo antitraspirante al mondo, chiamato Odorono, era un medico di Cincinnati di nome Abraham Murphey.

“Abbiamo una storia così forte in questo campo. È davvero affascinante”, ha detto Heikenfeld.

Heikenfeld riconosce il duro lavoro della sua squadra per il successo del suo laboratorio.

“Siamo stati in grado di andare lontano e velocemente qui”, ha detto Heikenfeld. Se non avessimo studenti talentuosi, questa tecnologia non esisterebbe, ci limiteremmo a parlare teoricamente del suo potenziale”.

Nell’articolo su Nature, Heikenfeld ha identificato quattro ondate di scoperte quando si tratta di testare la salute umana. In primo luogo, i medici hanno iniziato a disegnare e spedire il sangue ai laboratori in un processo invasivo, dispendioso in termini di tempo e ad alta intensità di lavoro a cui i pazienti sono ancora sottoposti oggi.

A partire dagli anni ’80, i ricercatori, tra cui il pioneristico professore di ingegneria UC Chong Ahn, svilupparono test di laboratorio point-of-care che permisero ai medici di ottenere risultati immediati. Invece di spedire campioni in un laboratorio, i dottori potevano testare i campioni stessi usando minuscoli dispositivi autonomi.

“Il Dr. Ahn è stato in prima linea nello sviluppo di questi dispositivi point-of-care”, ha detto Heikenfeld.

Ora, ha detto Heikenfeld, siamo nel bel mezzo di una terza ondata – il monitoraggio continuo della salute con dispositivi indossabili come quelli sviluppati a UC. Questi dati forniscono dati nel tempo, in modo che i medici possano seguire le tendenze della salute invece di affidarsi all’istantanea fornita da un singolo esame del sangue.

“È super potente perché mi dice che sto migliorando? Sto peggiorando?” Heikenfeld ha detto.

Alla fine, il campo vedrà dispositivi impiantati nel corpo per diagnosi o monitoraggio a lungo termine, ha detto. Ma i primi ricercatori dovranno creare sensori robusti in grado di fornire informazioni accurate su un arco di tempo molto più lungo.

“Questa è la grande sfida”, ha detto Heikenfeld. “I sensori stessi sono chimicamente reattivi, quindi non durano.”

Dopo aver esaminato l’uso di saliva, lacrime e liquido interstiziale, Heikenfeld ha concluso nell’articolo Nature che il sudore è il più promettente per i test non invasivi poiché fornisce informazioni simili al sangue e il suo tasso di secrezione può essere controllato e misurato.

Nel suo Novel Device Lab in UC, Heikenfeld e i suoi studenti hanno creato nuovi sensori su un patch indossabile delle dimensioni di un cerotto che stimola il sudore anche quando un paziente è fresco e riposato. Il sensore misura nel tempo specifici analiti che i medici possono utilizzare per determinare in che modo il paziente sta rispondendo a un trattamento farmacologico.

I sensori possono essere adattati per misurare qualsiasi cosa, dai farmaci agli ormoni alla disidratazione, ha detto Heikenfeld.

L’anno scorso il laboratorio ha creato il primo sensore di monitoraggio continuo al mondo in grado di registrare le stesse informazioni sulla salute nel sudore che i medici hanno esaminato per generazioni syl sangue. La pietra miliare è notevole perché il sensore continuo consente ai medici di monitorare la salute nel tempo per vedere se un paziente sta migliorando o peggiorando. E possono farlo in modo non invasivo con un piccolo cerotto applicato sulla pelle che stimola il sudore fino a 24 ore alla volta.

“Questo è il Santo Graal: per la prima volta, possiamo mostrare qui i dati del sangue, ecco i dati del sudore – e funzionano magnificamente insieme”, ha detto Heikenfeld.

Heikenfeld e i suoi studenti hanno pubblicato le loro ultime scoperte sperimentali a dicembre nella rivista Lab on a Chip. Lo studio di UC ha monitorato il modo in cui i soggetti del test hanno metabolizzato l’etanolo. Lo studio ha concluso che il sudore fornisce praticamente le stesse informazioni del sangue per misurare la presenza di un farmaco nel corpo.

L’ultima svolta a UC ha segnato il culmine di oltre sette anni di ricerca, ha detto.

“Per i farmaci, possiamo usare il sudore per ottenere una misura esatta delle concentrazioni nel sangue”, ha detto Heikenfeld. “Questo è importante perché una volta che siamo in grado di misurare le concentrazioni di sostanze terapeutiche nel sangue, possiamo guardare al dosaggio dei farmaci, e questo potrebbe rendere l’attuale dosaggio simile all’età della pietra.”

Cincinnati è sede di diverse aziende che stanno trasformando le tecnologie per la prescrizione di farmaci, la consegna e il monitoraggio in prodotti commerciali. L’elenco include Assurex Health, Enable Injections e Heikenfeld’s Eccrine Systems, dove è co-fondatore e chief science officer.

Il coautore dello studio e biologo computazionale Tongli Zhang ha detto che dispositivi come questi aiuteranno i medici a fornire cure personalizzate. Zhang è un assistente professore nel Dipartimento di Farmacologia e Fisiologia dei sistemi presso l’UC College of Medicine.

“Non dai ai bambini la stessa dose di farmaco degli adulti, così come possiamo specificare una dose basata sul peso di un paziente”, ha detto Zhang. “Ma alcuni pazienti potrebbero avere insufficienza epatica o renale e altri potrebbero metabolizzare un farmaco 10 volte più velocemente, quindi la stessa dose potrebbe essere inefficace in alcuni pazienti e tossica in altri”.

Zhang ha detto che i sensori continui potrebbero cambiare i trattamenti in modo fondamentale.

“La medicina personalizzata o individualizzata sta diventando un affare più grande, ci rendiamo conto che è importante: se riusciamo a capire cosa sta succedendo nel corpo, possiamo adattare il trattamento di conseguenza”, ha detto.

UC è in prima linea nello sviluppo di nuovi biosensori che Heikenfeld pensa rivoluzioneranno il modo in cui monitoriamo le malattie e il benessere.

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