Un’innovativa ricerca della Binghamton University utilizza spore batteriche per monitorare i livelli di glucosio, promettendo una gestione più semplice e indolore del diabete.
Un’alternativa indolore per il monitoraggio del diabete
Milioni di persone con diabete affrontano quotidianamente il fastidio delle punture per monitorare i propri livelli di glucosio. Ma cosa succederebbe se un sensore fosse in grado di rilevare il glucosio attraverso il sudore, senza dolore e con estrema semplicità? Questa è la promessa di un nuovo biosensore su carta sviluppato dai ricercatori della Binghamton University, che potrebbe segnare una svolta nella gestione della malattia.
L’innovazione del biosensore: come funziona
Il sistema, descritto sulla rivista Microsystems & Nanoengineering, sfrutta spore batteriche di Bacillus subtilis. Queste spore germinano in presenza di glucosio nei fluidi corporei come il sudore, ricchi di potassio. L’energia generata durante la germinazione è proporzionale al livello di glucosio, consentendo un rilevamento accurato.
Il professor Seokheun “Sean” Choi e il suo team, tra cui il professore associato Anwar Elhadad e la dottoranda Yang “Lexi” Gao, hanno combinato le competenze acquisite in 15 anni di ricerca sulle biobatterie con le applicazioni della cosiddetta “papertronics”. Questa tecnologia sfrutta la carta come piattaforma per dispositivi economici e sostenibili.
Limiti degli attuali monitoraggi del glucosio
I dispositivi attuali, che utilizzano enzimi per rilevare il glucosio nel sangue, presentano limiti significativi:
- Deperibilità: gli enzimi si denaturano facilmente e richiedono refrigerazione.
- Costi e conservazione: la loro stabilità diminuisce nel tempo, rendendo complicata la distribuzione e la conservazione.
Il sistema basato sulle spore batteriche supera questi problemi. “Le spore possono resistere a condizioni ambientali estreme e si attivano solo in presenza delle giuste condizioni”, spiega Choi. Questo rende il biosensore su carta ideale per un monitoraggio stabile, duraturo e a basso costo.
La visione dei ricercatori
Per Yang Gao, che ha lasciato la Cina nel 2021 per unirsi al laboratorio di Choi in piena pandemia COVID-19, il progetto rappresenta un’opportunità straordinaria di applicare la propria formazione in chimica marina a una tecnologia innovativa. Gao ha infatti precedentemente lavorato su rilevatori di ioni di piombo nell’acqua e dispositivi che sfruttano l’umidità atmosferica.
“Sogno di migliorare il mondo attraverso la ricerca”, afferma Gao. “La possibilità di usare batteri per generare energia è affascinante: è pulita, sostenibile ed economica.”
Anche Elhadad, che ha supportato la progettazione dei circuiti, ha contribuito alla crescita interdisciplinare del team, guidando Gao nella comprensione delle dinamiche elettriche necessarie per integrare la biologia nei dispositivi.
Sfide e sviluppi futuri
Nonostante il grande potenziale, il biosensore deve superare alcune sfide:
- Sensibilità: l’attuale sistema è meno sensibile rispetto ai biosensori enzimatici convenzionali.
- Variazioni individuali: le concentrazioni di potassio nel sudore possono variare significativamente da persona a persona, influenzando il rilevamento del glucosio.
“Abbiamo creato un nuovo meccanismo di rilevamento. Nessuno lo aveva fatto prima”, sottolinea Choi. Il team si concentrerà ora sull’ottimizzazione della sensibilità e sulla calibrazione del sistema per adattarsi alle diverse condizioni fisiologiche.
Un futuro senza aghi per il monitoraggio del diabete
L’approccio innovativo di questo biosensore rappresenta una promessa concreta per migliorare la qualità della vita delle persone con diabete. La possibilità di monitorare il glucosio attraverso il sudore, senza dolore né stress, potrebbe semplificare notevolmente la gestione della malattia, incentivando al contempo un monitoraggio più frequente e accurato.
Il sistema, basato su tecnologia sostenibile, non richiede costose apparecchiature o materiali deperibili, rendendolo particolarmente adatto per l’uso in contesti a basse risorse. Inoltre, il basso costo e la facilità di produzione su carta aprono nuove prospettive per una distribuzione globale.
Conclusione
La ricerca della Binghamton University dimostra che l’integrazione tra biologia, ingegneria elettronica e materiali sostenibili può portare a soluzioni rivoluzionarie. Il biosensore su carta, con le sue spore batteriche e la capacità di rilevare il glucosio attraverso il sudore, offre una visione chiara di un futuro in cui il monitoraggio del diabete sarà indolore, accessibile ed ecologicamente sostenibile.
Come suggerisce Yang Gao: “Migliorare il mondo attraverso la scienza non è solo un sogno, ma un obiettivo che possiamo raggiungere un passo alla volta.”
Ulteriori informazioni: Yang Gao et al, Rivoluzionario meccanismo di trasduzione autoalimentato per un monitoraggio del glucosio stabile e duraturo: raggiungimento della germinazione selettiva e sensibile delle endospore batteriche in piattaforme microingegnerizzate basate su carta, Microsystems & Nanoengineering (2024). DOI: 10.1038/s41378-024-00836-9
