ingegneri dell'EPFL, lavorando in associazione con la startup Xsensio, hanno sviluppato un sistema indossabile in grado di misurare continuamente la concentrazione di cortisolo, l'ormone dello stress, nel sudore umano. Il loro dispositivo può eventualmente aiutare i medici a comprendere e trattare meglio le condizioni legate allo stress come il burnout e l'obesità.

Ci siamo sentiti tutti stressati ad un certo punto, sia nella nostra vita personale o professionale o in risposta a circostanze eccezionali come la pandemia di COVID-19. Ma fino ad ora non c'era modo di quantificare i livelli di stress in maniera oggettiva.

Ciò potrebbe presto cambiare grazie a un piccolo sensore indossabile sviluppato dagli ingegneri del Nanoelectronic Devices Laboratory (Nanolab) e di Xsensio dell'EPFL. Il dispositivo può essere posizionato direttamente sulla pelle del paziente e può misurare continuamente la concentrazione di cortisolo, il principale biomarcatore dello stress, nel sudore del paziente.

Cortisolo:un'arma a doppio taglio

Il cortisolo è un ormone steroideo prodotto dalle nostre ghiandole surrenali a partire dal colesterolo. La sua secrezione è controllata dall'ormone adrenocorticotropo (ACTH), che è prodotto dalla ghiandola pituitaria. Il cortisolo svolge funzioni essenziali nel nostro corpo, come la regolazione del metabolismo, livelli di zucchero nel sangue e pressione sanguigna; colpisce anche il sistema immunitario e le funzioni cardiovascolari.

Quando siamo in una situazione stressante, che sia pericoloso per la vita o banale, il cortisolo è l'ormone che prende il sopravvento. Istruisce i nostri corpi a dirigere l'energia necessaria al nostro cervello, muscoli e cuore. "Il cortisolo può essere secreto d'impulso:ti senti bene e improvvisamente accade qualcosa che ti mette sotto stress, e il tuo corpo inizia a produrre più ormone, "dice Adrian Ionescu, capo di Nanolab.

Mentre il cortisolo aiuta il nostro corpo a rispondere a situazioni stressanti, in realtà è un'arma a doppio taglio. Di solito è secreto durante il giorno secondo un ritmo circadiano, con un picco tra le 6:00 e le 8:00 per poi diminuire gradualmente nel pomeriggio e la sera. "Ma nelle persone che soffrono di malattie legate allo stress, questo ritmo circadiano è completamente sballato, " dice Ionescu. "E se il corpo fa troppo o non abbastanza cortisolo, che possono nuocere gravemente alla salute di un individuo, potenzialmente portare all'obesità, malattia cardiovascolare, depressione o esaurimento".

Catturare l'ormone per misurarlo

Gli esami del sangue possono essere utilizzati per effettuare misurazioni istantanee dei livelli di cortisolo dei pazienti. Però, quantità rilevabili di cortisolo si trovano anche nella saliva, urina e sudore. Il team di Ionescu presso Nanolab ha deciso di concentrarsi sul sudore come fluido di rilevamento e ha sviluppato un cerotto intelligente indossabile con un sensore miniaturizzato.

La patch contiene un transistor e un elettrodo in grafene che, per le sue proprietà uniche, offre un'elevata sensibilità e limiti di rilevamento molto bassi. Il grafene è funzionalizzato tramite aptameri, che sono brevi frammenti di DNA o RNA a singolo filamento che possono legarsi a composti specifici. L'aptamero nel cerotto EPFL porta una carica negativa; quando viene a contatto con il cortisolo, cattura immediatamente l'ormone, facendo piegare i trefoli su se stessi e avvicinando la carica alla superficie dell'elettrodo. Il dispositivo rileva quindi la carica, ed è quindi in grado di misurare la concentrazione di cortisolo nel sudore di chi lo indossa.

Finora, nessun altro sistema è stato sviluppato per il monitoraggio continuo delle concentrazioni di cortisolo durante tutto il ciclo circadiano. "Questo è il vantaggio chiave e la caratteristica innovativa del nostro dispositivo. Poiché può essere indossato, gli scienziati possono raccogliere quantitativi, dati oggettivi su alcune malattie legate allo stress. E possono farlo in modo non invasivo, modo preciso e istantaneo su tutta la gamma di concentrazioni di cortisolo nel sudore umano, "dice Ionescu.

L'ingegneria ha migliorato l'assistenza sanitaria

Gli ingegneri hanno testato il loro dispositivo sulla piattaforma Lab-on-SkinTM proprietaria di Xsensio; il prossimo passo sarà metterlo nelle mani degli operatori sanitari. Esmeralda Megalli, CEO di Xsensio, afferma:"Il team di ricerca e sviluppo congiunto di EPFL e Xsensio ha raggiunto un'importante pietra miliare di ricerca e sviluppo nel rilevamento dell'ormone cortisolo. Non vediamo l'ora di testare questo nuovo sensore in un ambiente ospedaliero e sbloccare nuove informazioni su come funziona il nostro corpo". Il team ha creato un progetto ponte con la prof.ssa Nelly Pitteloud, primario di endocrinologia, diabete e metabolismo presso l'Ospedale universitario di Losanna (CHUV), per il suo staff di provare il sistema di monitoraggio continuo del cortisolo su pazienti umani. Questi studi coinvolgeranno individui sani e persone che soffrono della sindrome di Cushing (quando il corpo produce troppo cortisolo), Morbo di Addison (quando il corpo non produce abbastanza) e obesità legata allo stress. Gli ingegneri ritengono che il loro sensore possa dare un contributo importante allo studio dei ritmi fisiologici e patologici della secrezione di cortisolo.

E allora che dire delle malattie psicologiche causate da troppo stress? "Per adesso, sono valutati solo sulla base delle percezioni e degli stati d'animo dei pazienti, che sono spesso soggettivi, " dice Ionescu. "Quindi avere un affidabile, il sistema indossabile può aiutare i medici a quantificare oggettivamente se un paziente soffre di depressione o burnout, Per esempio, e se il loro trattamento è efficace. Cosa c'è di più, i medici avrebbero queste informazioni in tempo reale. Ciò segnerebbe un importante passo avanti nella comprensione di queste malattie." E chissà, forse un giorno questa tecnologia sarà incorporata nei braccialetti intelligenti. "La prossima fase si concentrerà sullo sviluppo del prodotto per trasformare questa entusiasmante invenzione in una parte fondamentale della nostra piattaforma di rilevamento Lab-on-Skin, e portare il monitoraggio dello stress ai dispositivi indossabili di nuova generazione, "dice Megalli.