Uno svantaggio dei sensori medici che testano il sudore umano:devi sudare.

La sudorazione da sforzo o una temperatura ambiente soffocante può essere poco pratica per alcuni pazienti e pericolosa per altri. E a meno che non siano alla seconda tappa del Tour de France, è improbabile che i pazienti vogliano sudare tutto il giorno per il beneficio di una lettura del sensore.

Ma i ricercatori dell'Università di Cincinnati hanno escogitato un nuovo modo per stimolare le ghiandole sudoripare su un piccolo, chiazza di pelle isolata in modo che i soggetti possano rimanere freschi e comodi e svolgere la loro routine quotidiana senza passare ore su un tapis roulant.

Il professore UC Jason Heikenfeld e il laureato UC Zachary Sonner hanno ideato un dispositivo delle dimensioni di un cerotto che utilizza uno stimolante chimico per produrre sudore, anche quando il paziente è rilassato e freddo. I sensori possono anche prevedere quanto sudano i pazienti, un fattore importante nella comprensione degli ormoni o delle sostanze chimiche misurate dai biosensori. Lo studio è stato pubblicato il 25 luglio sulla rivista di nanotecnologia Laboratorio su un chip .

"La sfida non è solo trovare nuove scoperte tecnologiche come questa, ma anche riunire tutte queste soluzioni tecnologiche in un dispositivo affidabile e producibile, "Ha detto Heikenfeld.

Ha co-fondato una società di biosensori, Sistemi eccrini, Inc., che sta perseguendo proprio questo.

I sensori biomedici fanno parte di un settore dei dispositivi medici valutato 88 miliardi di dollari negli Stati Uniti, secondo la società di ricerche di mercato IbisWorld. L'industria è pronta a vedere una crescita esplosiva nei prossimi cinque anni con l'avvento di nuove tecnologie e una crescente concorrenza.

Heikenfeld ha contribuito al lancio della società di biosensori di Cincinnati nel 2013 con l'aiuto del programma Technology Accelerator di UC. Ricopre il ruolo di chief science officer di Eccrine System ed è stato recentemente nominato vicepresidente assistente per gli affari imprenditoriali e la commercializzazione della tecnologia di UC.

Il lavoro dell'azienda sta attirando l'attenzione internazionale per il modo profondo in cui potrebbe cambiare la diagnosi e il monitoraggio della salute, Egli ha detto.

"I medici vorrebbero sapere se le concentrazioni chimiche aumentano o diminuiscono nel tempo, " Heikenfeld ha detto. "Qual era la tua linea di base prima di ammalarti? Quindi misurando la variazione delle concentrazioni, sappiamo ancora di più su quanto sei malato o su quanto velocemente stai migliorando."

L'analisi del sangue è considerata il gold standard per l'analisi biometrica. Ma i test biometrici con il sangue sono invasivi e spesso richiedono l'uso di un laboratorio. È molto più difficile per i medici eseguire un monitoraggio continuo del sangue per ore o giorni.

Il sudore fornisce un'alternativa non invasiva, con marcatori chimici che sono più utili nel monitoraggio della salute rispetto alla saliva o alle lacrime, ha detto Heikenfeld.

"La gente per molto tempo ha ignorato il sudore perché, sebbene possa essere un fluido di qualità superiore per i biomarcatori, non puoi fare affidamento sul fatto di avervi accesso, " Ha detto Heikenfeld. "Il nostro obiettivo era quello di ottenere metodi per stimolare il sudore ogni volta che era necessario o per giorni".

Heikenfeld, anche direttore del Novel Devices Laboratory di UC, studia il problema da sette anni. Gli scienziati affermano che il sudore fornisce molte delle stesse informazioni utili sui pazienti del sangue. Il problema è sempre stato ottenere lo stesso campione coerente possibile con un prelievo di sangue standard, Egli ha detto.

"Crediamo che i soluti che trovi nel sangue li troverai nel sudore, " ha detto. "Abbiamo postulato che per qualche tempo e, fin d'ora, non ho visto nulla per cambiare la nostra ipotesi."

Il test del sudore ha altri possibili benefici rispetto al sangue, Egli ha detto.

"Se fai un prelievo di sangue, ottieni un punto dati, " ha detto. "In molti casi, i medici vorrebbero sapere se le concentrazioni aumentano o diminuiscono nel tempo".

Per lo studio, i ricercatori hanno applicato sensori e un gel contenente carbacolo, una sostanza chimica usata nei colliri, all'avambraccio del soggetto per 2,5 minuti.

Hanno usato tre metodi per ottenere i dati del sensore:il gel e i sensori da soli e in combinazione con l'imbottitura in memory foam (per fornire un migliore contatto tra il sensore e la pelle) e la ionoforesi, una corrente elettrica a 0,2 milliampere che spinge una piccola quantità di carbacolo nello strato superiore della pelle e stimola localmente le ghiandole sudoripare ma non provoca alcuna sensazione fisica o disagio.

Quindi hanno registrato i dati ottenuti dal sudore del soggetto per 30 minuti utilizzando sensori che misuravano le concentrazioni di elettroliti del sudore. Il carbacolo è stato efficace nell'indurre la sudorazione sotto il sensore fino a cinque ore. Heikenfeld ha affermato che uno studio successivo ha generato con successo risultati del sensore per diversi giorni utilizzando questo processo per stimolare il sudore.

Hanno usato un colorante sensibile al pH per osservare i risultati. Il colorante arancione è diventato blu quando ha reagito con il sudore. Ciò ha dimostrato che le ghiandole sudoripare sono state stimolate in modo uniforme nell'area del sensore.

"Questo lavoro rappresenta un significativo passo avanti nella tecnologia di rilevamento del sudore, " ha concluso lo studio.

"Immaginate di poter monitorare i pazienti cardiaci dopo che sono stati dimessi dall'ospedale, o prevenire la disidratazione negli atleti o anche aiutare a garantire che il tuo corpo ottenga le giuste concentrazioni di un farmaco da prescrizione, "Ha detto Heikenfeld.

"L'obiettivo finale è la convenienza e l'affidabilità per le applicazioni biomediche, "ha detto allume Sonner, autore principale del paper.

"L'obiettivo finale è portare l'idea da un test da banco a un dispositivo portatile, magari per persone che svolgono lavori ad alto stress come i piloti di linea, e analizzarli per lo stress, " Sonner ha detto. "Se sei un pilota, non puoi fare prelievi di sangue mentre stai pilotando l'aereo. Ma un sensore potrebbe analizzare il sudore in modo da poter iniziare a capire come il loro corpo risponde a situazioni stressanti".

Lo studio arriva in un momento in cui molti consumatori stanno assumendo un ruolo più attivo nel monitoraggio della chimica del proprio corpo e nell'utilizzo della tecnologia indossabile per monitorare i propri progressi verso alcuni obiettivi atletici o di benessere.

I sensori UC sviluppati potrebbero aiutare a monitorare i cambiamenti negli ormoni come il cortisolo, che viene rilasciato quando qualcuno è sotto stress.

"I livelli di cortisolo possono aiutare gli allenatori a sapere quanto duramente devono allenare un atleta finché non lo spingono troppo lontano, " Egli ha detto.

Questo è il momento in cui le prestazioni atletiche iniziano a diminuire mentre la possibilità di lesioni aumenta notevolmente, Egli ha detto.

I possibili utilizzi vanno ben oltre gli atleti olimpici. Il laboratorio di ricerca dell'aeronautica statunitense presso la base aeronautica di Wright-Patterson, un partner di ricerca UC, è estremamente interessato alla misurazione del cortisolo nei piloti che affrontano situazioni di stress mentale e fisico. Monitorare la loro salute e le loro prestazioni nel tempo utilizzando sensori non invasivi sarebbe estremamente utile, ha detto Heikenfeld.

Allo stesso modo, potrebbe essere utile per i pazienti che potrebbero voler eseguire un monitoraggio sanitario regolare a casa dopo un intervento chirurgico, Sonner ha detto.

"È particolarmente utile per le visite di follow-up in cui normalmente è necessario eseguire un certo tipo di analisi del sangue. Potrebbero invece indossare un cerotto monouso per 20 minuti, " ha detto Sonner.

E risparmiare tempo e denaro di un viaggio non necessario al laboratorio del sangue o all'ambulatorio medico:ne vale assolutamente la pena.