Исследователи Стэнфордского университета, работающие под руководством доцента Альберто Саллео (Alberto Salleo), разработали пластырь, впитывающий пот и определяющий концентрацию содержащегося в нем кортизола, также известного как гормон стресса.
Концентрация кортизола, не только ответственного за эмоциональное состояние, но и вовлеченного во множество важных физиологических функций, в том числе регуляцию артериального давления, метаболизм и иммунные реакции, естественным образом повышается и понижается на протяжении дня, а стрессовые воздействия могут вызывать сильные резкие скачки уровня этого гормона. Концентрация кортизола в организме является объективным показателем силы эмоционального или физического стресса, который врачи могут использовать для оценки функционального состояния гипофиза и надпочечников.
Однако современные лабораторные методы ее измерения требуют несколько дней для получения результата. К этому времени уровень гормона в организме сильно изменяется и подбор метода лечения утрачивает эффективность. Быстрый портативный метод оценки уровня кортизола позволил бы пациентам с соответствующими нарушениями осуществлять мониторинг своего состояния в домашних условиях. Помимо этого его можно было бы применять для оценки эмоционального состояния маленьких детей, в том числе не умеющих разговаривать и не имеющих возможности сообщить об испытываемом ими стрессе.
Авторы предлагают использовать для решения этой проблемы разработанный ими эластичный биосенсор, представляющий собой пластырь, прикрепляемый непосредственно на поверхность кожи. Этот пластырь пропитывается выделяемым кожей потом и анализирует его состав, позволяя практически мгновенно оценить уровень кортизола в организме.
Сложность создания биосенсора кортизола заключалась в отсутствии у его молекул заряда, так как более ранние версии подобных биосенсоров предназначались регистрации положительно или отрицательно заряженных молекул. Для преодоления этой проблемы разработчики создали эластичный прямоугольный сенсор, внутри которого размещена мембрана, избирательно связывающая молекулы кортизола. После прикрепления кожи он поглощает пот, пассивно проникающий внутрь через поры в нижнем слое пластыря. Пот скапливается в резервуаре, поверх которого расположена чувствительная к кортизолу мембрана. Содержащиеся в поте заряженные ионы, в том числе ионы калия и натрия, проходят через поры, если они не заблокированы молекулами кортизола. Сенсор оценивает количество не самого кортизола, а именно таких задержавшихся ионов. Верхний водонепроницаемый слой защищает всю систему от загрязнения.
Для того, чтобы измерить уровень кортизола, человеку необходимо только вспотеть, прикрепить пластырь и соединить его с анализатором, который выдает результаты в течение нескольких секунд.
Как в лабораторных условиях, так и при тестировании «в полевых условиях» – прикреплении к руке во время 20-минутных пробежек – биосенсор выдавал результаты, полностью сопоставимые с результатами традиционных лабораторных анализов.
Со временем разработчики планируют создать полностью интегрированное устройство на базе этого сенсора. Помимо этого они надеются сделать его более надежным и точным, а также пригодным для многократного использования. В будущем разработанный подход можно будет использовать для создания сенсора, определяющего концентрацию кортизола в слюне, что избавит пациентов от необходимости пропотеть. Еще одним направлением дальнейшей работы является модификация подхода для регистрации других биомаркеров и, в конечном итоге, одновременного измерения уровней нескольких молекул, что позволит получать четкую картину происходящего в организме.
Статья Onur Parlak et al. Molecularly selective nanoporous membrane-based wearable organic electrochemical device for noninvasive cortisol sensing опубликована в журнале Science Advances.
Евгения Рябцева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Stanford University: Wearable device from Stanford measures cortisol in sweat.
