Κυκλοφόρησε το δακτυλίδι που μετρά οιστρογόνα από τον ιδρώτα

Ένας ασύρματος αισθητήρας που φοριέται ως δαχτυλίδι μπορεί να ανιχνεύσει τα επίπεδα ορμονών στον ιδρώτα ενός ατόμου. Οι ερευνητές σχεδίασαν έναν φορετό βιοαισθητήρα που μοιάζει με δακτύλιο για την παρακολούθηση της ορμόνης οιστραδιόλης στον ανθρώπινο ιδρώτα. Η τεχνολογία είναι μια ταχείας δράσης, μη επεμβατική πρόοδος σε σχέση με τις συμβατικές μεθόδους παρακολούθησης της γονιμότητας και της υγείας των γυναικών.

Ο αισθητήρας μιας χρήσης, που περιγράφεται σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στις 28 Σεπτεμβρίου στο Nature Nanotechnology, συνδυάζει μικρορευστότητα και αναδυόμενη τεχνολογία ηλεκτροδίων με μια ομάδα μορίων που ονομάζονται απταμερή για τη μέτρηση των επιπέδων ορμονών σε πραγματικό χρόνο, τροφοδοτώντας μια αυξανόμενη ζήτηση για τεχνολογία που θέτει εξατομικευμένη υγεία φροντίδα στα χέρια των ασθενών.

Η έρευνα για την υγεία των γυναικών στερείται χρηματοδότησης - αυτά τα διαγράμματα δείχνουν πώς προηγουμένως, τα άτομα που χρειάζονταν παρακολούθηση των επιπέδων ορμονών τους έπρεπε να ταξιδεύουν σε κλινικές για εξετάσεις αίματος ή να στείλουν δείγματα που είχαν συλλεχθεί στο σπίτι σε ένα εργαστήριο. Αλλά αυτές οι επιλογές τείνουν να είναι επεμβατικές και χρονοβόρες, και παρόλο που ορισμένες δοκιμές στο σπίτι χρησιμοποιούν ούρα, τα αποτελέσματά τους είναι λιγότερο ακριβή. Το αίμα παραμένει ο χρυσός κανόνας, αλλά οι ερευνητές ενδιαφέρονται όλο και περισσότερο για άλλα υγρά και για τις πληροφορίες υγείας που περιέχουν.

Γνωρίζουμε, για παράδειγμα, ότι υπάρχουν κλινικά σχετικοί βιοδείκτες στον ιδρώτα μας, αλλά σε εξαιρετικά χαμηλές συγκεντρώσεις. Μέχρι στιγμής, δεν έχουν αναπτυχθεί αισθητήρες ή φορητές συσκευές που στοχεύουν ειδικά τις αναπαραγωγικές ορμόνες στον ιδρώτα. Η οιστραδιόλη, το επίκεντρο της τρέχουσας εργασίας, έχει βασικούς ρόλους στη γονιμότητα και την υγεία των γυναικών, τομείς έρευνας που παραμένουν σημαντικά υποχρηματοδοτούμενοι, παρά την «έντονη ζήτηση για τεχνολογίες που δίνουν στους ανθρώπους περισσότερες πληροφορίες σχετικά με την εμμηνορροϊκή και γονιμότητά τους.

Χημικά αντισώματα

Ενώ οι περισσότεροι βιοαισθητήρες χρησιμοποιούν αντισώματα ή ένζυμα για τη στόχευση πρωτεϊνών, το Gao βασίζεται σε απταμερή - μικρά κομμάτια μονόκλωνου DNA ή RNA που είναι σχεδιασμένα να διπλώνουν έτσι ώστε να συνδέονται με στόχους που κυμαίνονται από μικρά μόρια έως τοξίνες. Αν και μερικές φορές αναφέρονται ως χημικά αντισώματα, τα απταμερή είναι πολύ μικρότερα από τα περισσότερα αντισώματα και μπορούν να συντεθούν χημικά, παρά σε πειραματόζωα. Οι ερευνητές έχουν σχεδιάσει στο παρελθόν απταμερή για να αναγνωρίζουν την κορτιζόλη, τη σεροτονίνη, την καφεΐνη και ακόμη και ορισμένους τύπους καρκίνου.

Όταν τοποθετείται σε ένα δάχτυλο, ο βιοαισθητήρας παράγει ένα μικρό ρεύμα για να ξεκινήσει η παραγωγή ιδρώτα και στη συνέχεια τραβά το υγρό σε μια μικροσκοπική δεξαμενή. Καθώς ο ιδρώτας γεμίζει τον θάλαμο, τα απταμερή ανταλλάσσουν τους κλώνους DNA που έχουν επισημανθεί με μπλε του μεθυλενίου με οιστραδιόλη. Αυτοί οι κλώνοι DNA είναι στη συνέχεια ελεύθεροι να ταξιδέψουν μεταξύ των στρωμάτων και να δεσμευτούν σε συμπληρωματικούς κλώνους στο ηλεκτρόδιο, όπου τα επίπεδα του μπλε του μεθυλενίου μεταφράζονται σε μια τελική μέτρηση. Σε πειράματα που χρησιμοποιούν τεχνητό ιδρώτα, ο αισθητήρας μπορούσε να ανιχνεύσει οιστραδιόλη σε μόλις 10 λεπτά, σε συγκεντρώσεις τόσο χαμηλές όσο 140 νανομοριακά - κοντά στο κατώτερο όριο αυτού που συνήθως βρίσκεται στον ανθρώπινο ιδρώτα.

Ο δακτύλιος ενσωματώνει επίσης αισθητήρες που παρακολουθούν τη θερμοκρασία του δέρματος, το pH και τη συγκέντρωση άλατος του ιδρώτα, έτσι ώστε να μπορεί να βαθμονομεί τις μετρήσεις ορμονών σε πραγματικό χρόνο και να τις εμφανίζει σε ένα κινητό τηλέφωνο.

Ισχυρή συσχέτιση

Ο Γκάο και οι συνεργάτες του δοκίμασαν την απόδοση του αισθητήρα σε συνθετικό ιδρώτα, προτού τον δώσουν σε πέντε γυναίκες για να παρακολουθήσουν τους εμμηνορροϊκούς τους κύκλους. Δύο από τις γυναίκες έκαναν αιματολογικές εξετάσεις ταυτόχρονα για σύγκριση με τα αποτελέσματα του ιδρώτα. Οι δύο τύποι δειγμάτων αυξήθηκαν και έπεσαν παράλληλα, διαπίστωσαν οι ερευνητές, και οι δύο ταιριάζουν με το αναμενόμενο πρότυπο - η οιστραδιόλη συνήθως αυξάνεται στην αρχή ενός κύκλου και λίγο πριν την ωορρηξία. Μια μικρότερη, δευτερεύουσα ακίδα εμφανίζεται μετά την απελευθέρωση ενός ωαρίου.

«Η συσχέτιση που βρήκαν μεταξύ ορού αίματος και ιδρώτα είναι πραγματικά πολλά υποσχόμενη», λέει ο Bhaskaran. Προσθέτει, ωστόσο, ότι το μέγεθος του δείγματος ήταν μικρό, επομένως η διασφάλιση ότι η τεχνολογία «αντέχει υπό διαφορετικές συνθήκες στο ανθρώπινο σώμα είναι πραγματικά απαραίτητη».

Γιατί τα δακτυλίδια RNA θα μπορούσαν να είναι το επόμενο υπερπαραγωγικό φάρμακο

Αν και η ομάδα ανέπτυξε τον δακτύλιο για την παρακολούθηση των εμμηνορροϊκών κύκλων, η οιστραδιόλη εμπλέκεται επίσης στη ρύθμιση της λίμπιντο, της στυτικής λειτουργίας και της σπερματογένεσης και ο Gao λέει ότι ο αισθητήρας θα μπορούσε να είναι χρήσιμος και για άτομα που υποβάλλονται σε ορμονοθεραπεία.

Τα απταμερή θα μπορούσαν να κατασκευαστούν για να στοχεύουν σχεδόν τα πάντα και ο Gao στοχεύει να αναπτύξει αισθητήρες ικανούς να παρακολουθούν συνεχώς πολλές ορμόνες ταυτόχρονα - συμπεριλαμβανομένης της ωοθυλακιοτρόπου ορμόνης, της ωχρινοτρόπου ορμόνης, της ορμόνης απελευθέρωσης γοναδοτροπίνης και της προγεστερόνης. Τώρα εργάζεται για την εμπορευματοποίηση μιας σειράς βιοαισθητήρων με βάση τον ιδρώτα.

Όμως, παρόλο που ο σχεδιασμός απταμερούς έχει κάνει βήματα προόδου, δεν έχει ακόμη επιτύχει την ίδια μαεστρία με τη φύση. Το DNA και το RNA είναι αρνητικά φορτισμένα, έτσι οι ερευνητές αγωνίζονται να τα συνδέσουν με στόχους που έχουν επίσης ισχυρές αρνητικές αλλαγές, όπως τα ιόντα φθορίου. Ωστόσο, τα απταμερή που δεσμεύουν το φθόριο έχουν εντοπιστεί σε βακτήρια και αρχαία, ως μέρος των δομών ελέγχου γονιδίων που ονομάζονται riboswitches.

Πηγές:

• doi: https://doi.org/10.1038/d41586-023-03812-x
• Ye, C. et al. Nature Nanotechnol. https://doi.org/10.1038/s41565-023-01513-0 (2023).
• Wang, B. et al. Sci. Adv. 8, eabk0967 (2022).
• Ip, I.-F., Wang, Y.-S. & Chang, C.-C. Nanotechnol. Rev. 12, 20220514 (2023).
• Huang, P.-J. J. & Liu, J. Anal. Chem. 94, 3142–3149 (2022).
• Ruiz Ciancio, D. et al. Pharmaceuticals 11, 86 (2018).
•  

.