Il sensore che dal sudore rileva il glucosio e non solo

Il sensore di sudore indossabile rileva anche i composti che causano la gotta.

Ci sono molte cose che non piacciono quando si va dal medico: pagare la visita, sedersi nella sala d’attesa, leggere riviste obsolete, i malati che tossiscono senza coprire la bocca. Per molti, tuttavia, la cosa peggiore della visita di un medico è rimanere bloccati con un ago. Gli esami del sangue sono un modo collaudato per valutare ciò che sta accadendo nel tuo corpo, ma il disagio è inevitabile. O forse no, dicono gli scienziati di Caltech.

In un nuovo articolo pubblicato su Nature Biotechnology, i ricercatori guidati da Wei Gao, assistente professore di ingegneria medica, descrivono un sensore indossabile in serie che può monitorare i livelli di metaboliti e sostanze nutritive nel sangue di una persona analizzandoli  dal sudore. I sensori del sudore sviluppati in precedenza mirano principalmente a composti che appaiono ad alte concentrazioni, come elettroliti, glucosio e lattato. Il sensore del sudore di Gao è più sensibile dei dispositivi attuali e può rilevare composti del sudore di concentrazioni molto più basse, oltre a essere più facili da produrre, affermano i ricercatori.

Lo sviluppo di tali sensori consentirebbe ai medici di monitorare continuamente le condizioni dei pazienti con malattie come le patologie cardiovascolari, diabete o malattie renali, che comportano livelli anormali di nutrienti o metaboliti nel flusso sanguigno. I pazienti trarrebbero beneficio dal tener informato il proprio medico delle proprie condizioni, evitando anche incontri invasivi e dolorosi con aghi ipodermici.

“Tali sensori di sudore indossabili hanno il potenziale per catturare in modo rapido, continuo e non invasivo i cambiamenti nella salute a livello molecolare”, afferma Gao. “Potrebbero consentire un monitoraggio personalizzato, una diagnosi precoce e un intervento tempestivo”.

Il lavoro di Gao si concentra sullo sviluppo di dispositivi basati sulla microfluidica, un nome per le tecnologie che manipolano minuscole quantità di liquidi, di solito attraverso canali di larghezza inferiore a un quarto di millimetro. La microfluidica è ideale per un’applicazione di questo tipo perché minimizza l’influenza dell’evaporazione del sudore e della contaminazione della pelle sulla precisione del rilevamento. Mentre il sudore appena fornito scorre attraverso i microcanali, il dispositivo può effettuare misurazioni più accurate del sudore e catturare i cambiamenti temporali nelle concentrazioni.

Fino ad ora, Gao e i suoi colleghi affermano che i sensori indossabili basati su microfluidica sono stati per lo più fabbricati con un processo di evaporazione litografica, che richiede processi di fabbricazione complicati e costosi. La sua squadra ha invece optato per produrre i loro biosensori dal grafene, una forma di carbonio simile a un foglio. Sia i sensori a base di grafene che i minuscoli canali di microfluidica sono creati incidendo i fogli di plastica con un laser ad anidride carbonica, un dispositivo ora così comune che è disponibile per gli appassionati.

Il team di ricerca ha deciso di far misurare il proprio sensore di frequenza respiratoria, frequenza cardiaca e livelli di acido urico e tirosina. La tirosina è stata scelta perché può essere un indicatore di disturbi metabolici, malattie del fegato, disturbi alimentari e condizioni neuropsichiatriche. L’acido urico è stato scelto perché, a livelli elevati, è associato alla gotta, una condizione dolorosa articolare che è in aumento a livello generale. La gotta si verifica quando alti livelli di acido urico nel corpo iniziano a cristallizzare nelle articolazioni, in particolare quelli dei piedi, causando irritazione e infiammazione.

Per vedere quanto funzionavano bene i sensori, i ricercatori hanno eseguito una serie di test con individui e pazienti sani. Per controllare i livelli di tirosina del sudore, che sono influenzati dalla forma fisica di una persona, hanno usato due gruppi di persone: atleti allenati e individui di forma fisica media. Come previsto, i sensori hanno mostrato livelli più bassi di tirosina nel sudore degli atleti. Per controllare i livelli di acido urico, hanno preso un gruppo di individui sani e monitorato il loro sudore mentre digiunavano e dopo aver mangiato un pasto ricco di purine, composti negli alimenti che sono metabolizzati in acido urico. Il sensore ha mostrato livelli di acido urico in aumento dopo il pasto. Il team di Gao ha anche eseguito un test simile in pazienti con gotta. I loro livelli di acido urico, ha evidenziato il sensore, erano molto più alti di quelli delle persone sane.

Per verificare l’accuratezza dei sensori, i ricercatori hanno anche prelevato campioni di sangue dai pazienti con gotta e soggetti sani. Le misurazioni dei sensori dei livelli di acido urico erano fortemente correlate ai livelli del composto nel sangue.

Gao afferma che l’elevata sensibilità dei sensori, insieme alla facilità con cui possono essere fabbricati, significa che potrebbero eventualmente essere utilizzati dai pazienti a casa per monitorare condizioni come gotta, diabete e malattie cardiovascolari. Avere informazioni accurate in tempo reale sulla propria salute potrebbe anche consentire al paziente di adattare i propri livelli di farmaci e la propria dieta secondo necessità.

“Considerando che i nutrienti e i metaboliti circolanti anomali sono correlati a una serie di condizioni di salute, le informazioni raccolte da tali sensori indossabili saranno preziose sia per la ricerca che per le cure mediche”, afferma Gao.