Pot dobry do diagnozy zdrowia

W nowym artykule, opublikowanym w Nature Biotechnology, naukowcy, pracujący pod kierownictwem Wei Gao (prof. inżynierii medycznej w California Institute of Technology), opisują czujnik potu, który może monitorować poziomy metabolitów i składników odżywczych we krwi osoby badanej.

Dotychczas używane czujniki potu rejestrowały związki występujące w wysokich stężeniach (elektrolity, glukoza, mleczany). Naukowcy twierdzą, że sensor potu Gao jest zdecydowanie bardziej czuły niż obecnie stosowane tego typu urządzenia, może zatem wykrywać związki w pocie występujące w wyjątkowo niskich stężeniach. To jedna zaleta, druga polega na zdecydowanie tańszej produkcji.

Czujniki takie pozwoliłyby lekarzom na ciągłe monitorowanie stanu pacjentów ze schorzeniami sercowo-naczyniowymi, cukrzycą, chorobą nerek.
Pacjenci skorzystaliby na precyzyjniejszej diagnostyce stanu swojego zdrowia, unikaliby jednocześnie często bolesnych spotkań z igłami podskórnymi.

- Czujniki potu nowej generacji są w stanie szybko, w sposób ciągły i oczywiście nieinwazyjny rejestrować zmiany stanu zdrowia na poziomie molekularnym - mówi Gao. Sensory takie umożliwią spersonalizowane monitorowanie, wczesną diagnozę i szybką interwencję.

Prace Gao koncentrują się na opracowywaniu urządzeń opartych na mikroprzepływach (kanały o szerokości mniejszej niż ćwierć milimetra). Mikroprzepływy są idealne do tego rodzaju aplikacji, ponieważ minimalizują wpływ parowania potu i zanieczyszczenia skóry na dokładność analizy. Gdy pot przepływa przez mikrokanały, urządzenie może dokonywać dokładniejszych pomiarów jego składu.

Do tej pory Gao i jego koledzy twierdzą, że czujniki wykorzystujące mikroprzepływy były głównie wytwarzane w oparciu o procesy znane z litografii, a to wymaga zastosowania skomplikowanych i kosztownych procesów technologicznych.

Zespół Gao postanowił wykonać bioczujniki z grafenu o strukturze podobnej do mikroarkusza węgla. Zarówno czujniki oparte na grafenie, jak i małe kanały mikroprzepływów są tworzone poprzez grawerowanie plastikowych arkuszy laserem na podłożu z dwutlenku węgla.

- Tego typu technologia w zasadzie możliwa jest do zastosowania nawet w domowych warunkach – przekonują naukowcy.

Zespół badawczy skonstruował czujnik, który mierzy m.in. częstość oddechów, tętno, poziomy kwasu moczowego i tyrozyny. Ten ostatni związek (aminokwasy białkowe) został wybrany do analizy, ponieważ może być wskaźnikiem zaburzeń metabolicznych, chorób wątroby, zaburzeń odżywiania i stanów neuropsychiatrycznych. Z kolei podwyższony poziom kwasu moczowego może wskazywać na dnę moczanową, bolesną chorobę stawów.
Naukowcy przeprowadzili serię testów z udziałem zdrowych osób i pacjentów będących w trakcie leczenia.

W celu oceny poziomu tyrozyny w pocie, wykorzystano dwie grupy osób: wyczynowych sportowców i osoby o przeciętnej sprawności fizycznej. Zgodnie z oczekiwaniami, czujniki wykazały niższy poziom tyrozyny w pocie sportowców.

Z kolei żeby sprawdzić poziom kwasu moczowego, wzięto do analizy potu grupy zdrowych osób. Monitorowano skład potu podczas ścisłej diety, a także po zjedzeniu posiłku bogatego w purynę. Zespół Gao przeprowadził podobny test z pacjentami z dną moczanową. Czujnik wykazał, że u tych osób poziomy kwasu moczowego były znacznie wyższe niż u zdrowych ludzi.

Oczywiście oceniano dokładność czujników. Naukowcy pobrali próbki krwi od pacjentów z dną moczanową i od zdrowych osób. Pomiary poziomu kwasu moczowego dokonywane za pomocą czujniki silnie korelowały z poziomem tego związku z próbek krwi.

Gao twierdzi, że wysoka czułość czujników oraz łatwość ich wytwarzania oznaczają, że pacjenci mogą z nich korzystać w domu w celu monitorowania takich chorób, jak dna moczanowa, cukrzyca i choroby sercowo-naczyniowe.

Posiadanie dokładnych informacji w czasie rzeczywistym na temat zdrowia może pozwolić pacjentowi dostosować własne poziomy leków i dietę zgodnie z wymaganiami.

- Nieprawidłowe składniki odżywcze i metabolity są związane z wieloma warunkami zdrowotnymi, informacje zebrane z nowej generacji czujników będą nieocenione zarówno w badaniach, jak i leczeniu schorzeń - mówi Gao.