Αυτοκόλλητος αισθητήρας ιδρώτα θα παρακολουθεί τη χοληστερόλη χωρίς αιμοληψία

Ένα αυτοκόλλητο επίθεμα θα μπορούσε κάποια μέρα να κάνει την παρακολούθηση της χοληστερόλης λιγότερο εξαρτώμενη από τις αιμοληψίες.

Σε μια νέα μελέτη που δημοσιεύθηκε στο Nature Sensors, ερευνητές με επικεφαλής το Caltech δημιούργησαν μια φορετή συσκευή, η οποία μετρά συνεχώς σήματα που σχετίζονται με τη χοληστερόλη και τα τριγλυκερίδια στον ιδρώτα και στη συνέχεια χρησιμοποιεί μηχανική μάθηση, για να εκτιμήσει τα αντίστοιχα επίπεδα στο αίμα.

Η τεχνολογία λειτούργησε σε μια προκλινική μελέτη μόλις 24 ατόμων, οπότε προς το παρόν αποτελεί απλά απόδειξη της ιδέας, όχι αντικατάσταση της τυπικής δοκιμής λιπιδίων.

Τι ανέπτυξαν οι ερευνητές;

Το εύκαμπτο επίθεμα συνδυάζει μικρορευστικά κανάλια, ηλεκτροχημικούς αισθητήρες και ένα σύστημα που μπορεί να διεγείρει τον ιδρώτα τοπικά. Μετρά συνεχώς τη χοληστερόλη στον ιδρώτα, τη δραστηριότητα που σχετίζεται με τα τριγλυκερίδια, τη γλυκόζη, το pH και τον ρυθμό εφίδρωσης.

Η χοληστερόλη ήταν δύσκολο να μετρηθεί, επειδή μεγάλο μέρος της εμφανίζεται στον ιδρώτα σε εστεροποιημένη μορφή, την οποία ο αισθητήρας δεν μπορεί να ανιχνεύσει άμεσα. Οι ερευνητές έλυσαν το πρόβλημα με μια ενζυμική αντίδραση δύο σταδίων: ένα ένζυμο απελευθερώνει τη χοληστερόλη και ένα άλλο την μετατρέπει σε μετρήσιμο ηλεκτροχημικό σήμα.

Η ανίχνευση τριγλυκεριδίων απαιτούσε μια αλληλουχία τριών ενζύμων, η οποία καταναλώνει ATP, έναν χημικό συμπαράγοντα. Για να διατηρηθεί αυτή η αντίδραση, η ομάδα ενσωμάτωσε ένα πολυμερές που απελευθερώνει ATP στο έμπλαστρο. Σε εργαστηριακές δοκιμές, το σύστημα διατήρησε αρκετό ATP για περισσότερες από 20 ώρες ανίχνευσης.

Αυτοκόλλητο επίθεμα για συνεχή επιδερμική καταγραφή της χοληστερόλης

a) Μια επισκόπηση των βασικών παραγόντων που συμβάλλουν στις καρδιομεταβολικές ασθένειες -συμπεριλαμβανομένης της διατροφής και του τρόπου ζωής- που τροποποιούν τον συστηματικό μεταβολισμό των λιπιδίων και οδηγούν σε δυσλειτουργία της CH και των TG. Αυτοί οι λιπιδικοί βιοδείκτες μπορούν να παρακολουθούνται συνεχώς και μη επεμβατικά μέσω ανάλυσης που βασίζεται στον ιδρώτα.

b) Ένα σχηματικό των ενζυματικών αντιδράσεων ενός βήματος, δύο βημάτων και με συμπαράγοντες που αξιοποιούνται για την ανίχνευση Glu, CH και TG, αντίστοιχα.

c) Μια απεικόνιση του αρθρωτού συστήματος Poly-CORE που βασίζεται σε νανοδομές PPy/ATP, οι οποίες επιτρέπουν τη συνεχή διάχυση ATP, που προκαλείται από τον ιδρώτα, στον θάλαμο ανίχνευσης για μακροπρόθεσμη παρακολούθηση των TG.

d) Ένα σχηματικό του σχεδιασμού του φορετού επιθέματος, που απεικονίζει τα βιοηλεκτρονικά εξαρτήματα και τις δυνατότητες.

e) Μια οπτική εικόνα ενός φορετού επιθέματος αισθητήρα για την επιδερμική παρακολούθηση των λιπιδίων (γραμμή κλίμακας, 10 mm).

f) Ο τρόπος ανάλυσης των σημάτων, ο οποίος βασίζεται σε μηχανική μάθηση (ML) και ενσωματώνει φυσικούς δείκτες, βιοδείκτες ιδρώτα και δεδομένα λιπιδίων αίματος για τον εντοπισμό φυσιολογικών συγχυτικών παραγόντων και για την εξατομικευμένη χαρτογράφηση μεταξύ των συγκεντρώσεων λιπιδίων ιδρώτα και αίματος.

Μπορεί ο ιδρώτας να αποκαλύψει πραγματικά τη χοληστερόλη στο αίμα;

Όχι με μια απλή μέτρηση. Οι τιμές της ακατέργαστης χοληστερόλης και των τριγλυκεριδίων στον ιδρώτα συσχετίζονταν ελάχιστα με τις πραγματικές τιμές του αίματος, επειδή η σύνθεση του ιδρώτα επηρεάζεται από παράγοντες όπως ο ρυθμός εφίδρωσης, η σύνθεση του σώματος και ο τρόπος με τον οποίο τα λιπίδια κινούνται μέσω του δέρματος και των αδενών.

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν επομένως ένα μοντέλο μηχανικής μάθησης, που συνδυάζει τις μετρήσεις ιδρώτα με φυσιολογικές μεταβλητές. Στους 24 συμμετέχοντες, η προγνωστική προσαρμογή του μοντέλου ήταν σημαντικά ισχυρότερη για τα τριγλυκερίδια απ' ό,τι για τη συνολική χοληστερόλη.

Αυτά τα αποτελέσματα είναι πολλά υποσχόμενα, αλλά η μελέτη δεν μέτρησε συνεχώς τα λιπίδια του αίματος για άμεση σύγκριση. Δείγματα αίματος συλλέχθηκαν σε διακριτά χρονικά σημεία και οι συγγραφείς περιγράφουν ρητά την εργασία ως προκλινική απόδειξη της ιδέας.

Τι αποκάλυψε ο αισθητήρας μετά τα γεύματα;

Το έμπλαστρο ανίχνευσε μεταβαλλόμενα πρότυπα λιπιδίων μετά από διαφορετικές διατροφικές προκλήσεις:

• γεύμα με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά
• γεύμα πλούσιο σε πρωτεΐνες και
• γεύμα με υψηλή περιεκτικότητα σε λιπαρά και υδατάνθρακες

Τα επίπεδα νηστείας γενικά μειώθηκαν, ενώ τα γεύματα παρήγαγαν αυξήσεις διαφορετικού μεγέθους και διάρκειας. Ένα γεύμα με πίτσα παρήγαγε την μεγαλύτερη συνδυασμένη αύξηση στα σήματα χοληστερόλης και τριγλυκεριδίων στον ιδρώτα μεταξύ των γευμάτων που δοκιμάστηκαν.

Αυτό καταδεικνύει ένα πιθανό πλεονέκτημα της φορητής παρακολούθησης: οι συμβατικές εξετάσεις αίματος παρέχουν ένα μόνο στιγμιότυπο, ενώ ένας αισθητήρας θα μπορούσε τελικά να αποκαλύψει πώς τα σήματα λιπιδίων κυμαίνονται μεταξύ των γευμάτων και των καθημερινών δραστηριοτήτων.

Θα μπορούσε το επίθεμα να αντικαταστήσει μια εξέταση αίματος χοληστερόλης;

Όχι ακόμα. Ένα τυπικό πάνελ λιπιδίων μετρά τη συνολική χοληστερόλη, την LDL (“κακή”) χοληστερόλη, την HDL (“καλή”) χοληστερόλη και τα τριγλυκερίδια. Αυτό το πειραματικό επίθεμα δεν παρέχει αυτό το πλήρες κλινικό προφίλ και οι εκτιμήσεις των επιπέδων στο αίμα του έχουν δοκιμαστεί μόνο σε μια μικρή ομάδα ατόμων.

Απαιτούνται μεγαλύτερες και πιο ποικίλες μελέτες, για να προσδιοριστεί εάν το σύστημα παραμένει ακριβές στον πραγματικό κόσμο. Οι ερευνητές χρειάζονται επίσης συνεχείς αντιστοιχίσεις στις μετρήσεις χοληστερόλης σε αίμα και ιδρώτα, για να διαπιστώσουν πόσο πιστά είναι τα αποτελέσματα που αναφέρει το επίθεμα.

Συχνές Ερωτήσεις

Πρέπει ο χρήστης να ασκείται για να παράγει αρκετό ιδρώτα;

Όχι απαραίτητα. Η συσκευή περιελάμβανε μια μονάδα ιοντο-φόρησης που χρησιμοποιεί χαμηλό ηλεκτρικό ρεύμα για να παρέχει καρβαχόλη τοπικά στο δέρμα και να διεγείρει τους ιδρωτοποιούς αδένες, επομένως οι μετρήσεις δεν εξαρτώνται από την έντονη άσκηση.

Μετράει την «καλή» και την «κακή» χοληστερόλη;

Όχι. Το τρέχον σύστημα μετρά τη συνολική χοληστερόλη στον ιδρώτα και χρησιμοποιεί αυτό το σήμα, για να εκτιμήσει τη συνολική χοληστερόλη στο αίμα. Δεν αναφέρει ξεχωριστά την LDL και την HDL, οι οποίες παραμένουν σημαντικά στοιχεία της συνήθους αξιολόγησης καρδιαγγειακού κινδύνου.

Συμπέρασμα

'Ενας νέος αυτοκόλλητος αισθητήρας καταδεικνύει ότι η συνεχής, χωρίς αιμοληψία, παρακολούθηση των λιπιδίων μπορεί να είναι τεχνικά εφικτή, παρόλο που η χοληστερόλη του ιδρώτα δεν αντικατοπτρίζει άμεσα τη χοληστερόλη του αίματος. Συνδυάζοντας τη χημεία των ενζύμων με την μηχανική μάθηση, οι ερευνητές εξήγαγαν κλινικά σχετικές εκτιμήσεις από ένα δύσκολο βιολογικό υγρό.

Η επόμενη πρόκληση είναι να αποδειχθεί ότι αυτές οι εκτιμήσεις είναι αρκετά αξιόπιστες, σε πολύ μεγαλύτερους πληθυσμούς και σε καθημερινά περιβάλλοντα, ώστε να επηρεάσουν την ιατρική περίθαλψη.

Πηγές:

caltech.edu

medicalxpress.com

cdc.gov