Инженери създадоха иновативно устройство за измерване нивата на кортизол в потта в реално време

Всеки от нас се е чувствал напрегнат в определени моменти от живота си. Пандемията от коронавирус също се отразява негативно на психичното ни здраве. До днес учените не намираха обективен начин за количествено измерване нивата на стрес. Това е на път да се промени благодарение на малкия портативен сензор, създаден от инженери от лабораторията за наноелектрически устройства „Nanolab“ към политехническото училище „Ecole Polytechnique Federale de Lausanne“ и „Xsensio.“ То може да се постави директно върху кожата на пациента и да измерва постоянно концентрацията на кортизол в потта, която е един от основните биомаркери при стрес.

Кортизолът: нож с две остриета

Кортизолът е стероиден хормон, продукт на холестерола, произвеждан от нашите надбъбречни жлези. Отделянето му се регулира от адренокортикотропния хормон (АКТХ), който от своя страна се произвежда от хипофизата. Кортизолът изпълнява няколко ключови функции в нашето тяло: регулира метаболизма, нивата на кръвна захар и кръвното налягане, влияе върху имунната система и сърдечносъдовите функции.

Когато сме в стресова ситуация, без значение дали е животозастрашаваща или не, се намесва кортизолът. Хормонът казва на тялото да осигури на мозъка, мускулите и сърцето нужната енергия. Ръководителят на лаборатория „Nanolab“ Адриан Йонеску описва действието му по следния начин: „Кортизолът може да започне да се отделя на мига. Още щом изпаднете в стресово състояние, тялото ви започва да произвежда повече от него.“

Макар хормонът на стреса да ни помага да се справим в трудни ситуации, той може да бъде и опасен. Обикновено отделянето му започва през деня в зависимост от циркадните ритми на човека, като най-високи са стойностите му между 6 ч. и 8 ч. сутринта, след което постепенно намалява следобед и вечерта. Йонеску допълва, че „при хората, които страдат от заболявания, свързани със стреса, циркадните ритми не играят абсолютно никаква роля. Ако организмът произведе твърде много, или пък недостатъчно от хормона, това може да се отрази негативно на здравето, да доведе до затлъстяване, сърдечносъдово заболяване, депресия или бърнаут.“

Смарт лепенка със сензор измерва нивото на кортизол

Кръвните тестове могат да бъдат използвани за моментни измервания на нивата на кортизола при пациенти. Измерими количества от хормона обаче могат да бъдат открити и в слюнката, урината и потта. Екипът на Йонеску решава да се съсредоточи върху съдържанието му конкретно в потта и създава "умна“ лепенка с миниатюрен сензор.

Самият пластир съдържа транзистор и електрод от графен, чиято свръхчувствителност дава възможност за измерване на много ниски количества кортизол. Графенът става ефективен благодарение на аптамерите – къси фрагменти от едноверижна ДНК или РНК, които се свързват със специфични съединения. Аптамерът в лепенката има негативен заряд. Когато осъществи контакт с кортизола, той мигновено го улавя, предизвиквайки самонавиване на веригите, което пък приближава заряда до повърхността на електрода. Устройството отчита заряда и така успява да измери концентрацията на кортизол в потта на човека.

Методът е уникален по своята същност, тъй като осъществява непрекъснато измерване на нивата на хормона през различните циркадни ритми. Ръководителят на лабораторията създател изтъква, че основните предимства на тяхното изобретение са лесното приложение на пластира и това, че позволява на учените да съберат количествени, обективни данни за заболявания, причинени от стрес, по неинвазивен и същевременно много прецизен начин на момента.

Инженерингови постижения в помощ на добрата здравна грижа

Инженерите тестват своето устройство върху патентованата от „Xsensio“ платформа „Lab-on-SkinTM.“ Следващата стъпка ще бъде то да се използва от здравни работници. Есмералда Мегъли, изпълнителен директор на компанията „Xsensio“, заявява: "Заедно с екипа от Ecole Polytechnique Federale de Lausanne поставихме основите на съвсем нова методология за измерване нивото на кортизол. С нетърпение очакваме изобретението ни да стане достъпно и в болниците."

Учените вече са стартирали съвместен проект с проф. Нели Питло, началник на катедрата по ендокринология, диабет и метаболизъм в университетската болница в Лозана, Швейцария. Целта е колегите й да тестват устройството върху свои пациенти. В експериментите ще бъдат включени както здрави хора, които ще сформират контролна група, така и страдащи от синдром на Кушинг (когато тялото произвежда твърде много кортизол), болест на Адисон (когато то произвеждат твърде малко от хормона) и затлъстяване в резултат на стрес. Инженерният екип вярва, че сензорът може да допринесе много за изследване на физиологичните и патологични ритми при отделяне на кортизол.

Приложимо ли е устройството при пациенти с психични разстройства в резултат на стрес?

Йонеску пояснява: „На този етап те могат да бъдат оценявани само посредством усещанията на пациента, които са много субективни. Нашият метод улеснява лекарите при разграничаване на депресия от бърнаут в реално време. Може би в бъдеще ще бъдат създадени гривни, чрез които ще се измерва нивото на кортизол.“

Бъдещите усилия на учените са насочени към превръщането на устройството в неразделна част от сензорната платформа „Lab-on-SkinTM“ и постоянно проследяване на нивата на стрес с помощта на иновативни технологии.