Fare un biosensore rivoluzionario richiede sangue, sudore e lacrime.

e saliva, naturalmente.

Il professore dell'Università di Cincinnati Jason Heikenfeld ha esaminato il potenziale di questi e altri biofluidi per testare la salute umana con piccoli, sensori portatili per il giornale Biotecnologie naturali .

Heikenfeld sviluppa la tecnologia indossabile nel suo Novel Device Lab presso il College of Engineering and Applied Science della UC. Il suo laboratorio l'anno scorso ha creato il primo dispositivo di test continuo al mondo che campiona il sudore con la stessa efficacia del sangue, ma in modo non invasivo e per molte ore.

"In definitiva, i progressi tecnologici nei dispositivi indossabili sono vincolati dalla stessa biologia umana, "dice lo studio.

Sorprendentemente, molte delle innovazioni nel campo dei biosensori e della tecnologia del sudore sono state sviluppate a Cincinnati. Il primo monitor di glucosio per il diabete è stato commercializzato nella regione. L'inventore del primo antitraspirante al mondo, chiamato Odorono, era un medico di Cincinnati di nome Abraham Murphey.

"Abbiamo una storia così forte in questo campo qui. È davvero affascinante, "Ha detto Heikenfeld.

Heikenfeld attribuisce il duro lavoro del suo team per il successo del suo laboratorio.

"Siamo stati in grado di andare lontano e velocemente qui, " Heikenfeld ha detto. "Risuoniamo con un certo tipo di studente. Per quanto abbiamo una facoltà brillante alla UC, se non avessimo studenti di talento qui, questa tecnologia non esisterebbe. Parleremmo solo teoricamente del potenziale".

Nel Natura articolo, Heikenfeld ha identificato quattro ondate di scoperte quando si tratta di testare la salute umana. Primo, i medici hanno iniziato a prelevare e spedire il sangue ai laboratori in modo invasivo, processo dispendioso in termini di tempo e lavoro che i pazienti subiscono ancora oggi.

A partire dagli anni '80 i ricercatori, tra cui il pionieristico professore di ingegneria UC Chong Ahn, ha sviluppato test di laboratorio point-of-care che hanno permesso ai medici di ottenere risultati immediati. Invece di spedire campioni a un laboratorio, i medici potrebbero testare i campioni da soli utilizzando piccoli dispositivi autonomi.

"Il Dr. Ahn è stato in prima linea nello sviluppo di questi dispositivi point-of-care, "Ha detto Heikenfeld.

Ora, Heikenfeld ha detto, siamo nel bel mezzo di una terza ondata:monitoraggio continuo della salute con dispositivi indossabili come quelli sviluppati in UC. Questi forniscono dati nel tempo in modo che i medici possano monitorare le tendenze della salute invece di fare affidamento sull'istantanea fornita da un singolo esame del sangue.

"È super potente perché mi dice che sto migliorando? Sto peggiorando?" ha detto Heikenfeld.

Infine, il campo vedrà i dispositivi impiantati nel corpo per la diagnosi o il monitoraggio a lungo termine, Egli ha detto. Ma prima i ricercatori dovranno creare sensori robusti in grado di fornire informazioni accurate in un arco di tempo molto più lungo.

"Questa è la grande sfida, " Ha detto Heikenfeld. "I sensori sono chimicamente reattivi stessi. Quindi non durano".

Dopo aver esaminato l'uso della saliva, lacrime e liquido interstiziale, Heikenfeld ha concluso nel Natura articolo che il sudore è più promettente per i test non invasivi perché fornisce informazioni simili a quelle del sangue e del suo tasso di secrezione che possono essere controllati e misurati.

Nel suo Novel Device Lab alla UC, Heikenfeld e i suoi studenti hanno creato nuovi sensori su un cerotto indossabile delle dimensioni di un cerotto che stimola il sudore anche quando un paziente è fresco e riposa. Il sensore misura analiti specifici nel tempo che i medici possono utilizzare per determinare come il paziente sta rispondendo a un trattamento farmacologico.

I sensori possono essere adattati per misurare qualsiasi cosa, dai farmaci agli ormoni alla disidratazione, ha detto Heikenfeld.

L'anno scorso il laboratorio ha creato il primo sensore di monitoraggio continuo al mondo in grado di registrare le stesse informazioni sulla salute nel sudore che i medici per generazioni hanno esaminato nel sangue. Il traguardo è notevole perché il sensore continuo consente ai medici di monitorare la salute nel tempo per vedere se un paziente sta migliorando o peggiorando. E possono farlo in modo non invasivo con un minuscolo cerotto applicato sulla pelle che stimola il sudore fino a 24 ore alla volta.

"Questo è il Santo Graal. Per la prima volta, possiamo mostrare qui i dati del sangue; ecco i dati del sudore e funzionano magnificamente insieme, "Ha detto Heikenfeld.

Heikenfeld e i suoi studenti hanno pubblicato i loro ultimi risultati sperimentali a dicembre sulla rivista Lab on a Chip. Lo studio di UC ha monitorato il modo in cui i soggetti del test hanno metabolizzato l'etanolo. Lo studio ha concluso che il sudore fornisce praticamente le stesse informazioni del sangue per misurare la presenza di un farmaco nel corpo.

L'ultima svolta alla UC ha segnato il culmine di oltre sette anni di ricerca, Egli ha detto.

"Per i farmaci, possiamo usare il sudore per ottenere una misurazione esatta delle concentrazioni nel sangue, " Ha detto Heikenfeld. "Questo è importante perché una volta che possiamo misurare le concentrazioni di sostanze terapeutiche nel sangue, possiamo guardare al dosaggio dei farmaci. E questo potrebbe far sembrare il dosaggio attuale qualcosa dell'età della pietra".

Cincinnati è sede di diverse aziende che stanno trasformando tecnologie per la prescrizione di farmaci, consegna e monitoraggio in prodotti commerciali. L'elenco include Assurex Health, Abilita iniezioni e sistemi eccentrici di Heikenfeld, dove è co-fondatore e chief science officer.

Il coautore dello studio e biologo computazionale Tongli Zhang ha affermato che dispositivi come questi aiuteranno i medici a fornire cure personalizzate. Zhang è un assistente professore presso il Dipartimento di Farmacologia e Fisiologia dei Sistemi presso l'UC College of Medicine.

"Non dai ai bambini la stessa dose di farmaco degli adulti. Allo stesso modo, possiamo specificare una dose in base al peso del paziente, " Zhang ha detto. "Ma alcuni pazienti potrebbero avere insufficienza epatica o renale. E altri potrebbero metabolizzare un farmaco 10 volte più velocemente. Quindi la stessa dose potrebbe essere inefficace in alcuni pazienti e tossica in altri".

Zhang ha affermato che i sensori continui potrebbero cambiare i trattamenti in modi fondamentali.

"La medicina personalizzata o individualizzata sta diventando un affare più importante. Ci rendiamo conto che è importante. Se riusciamo a capire cosa sta succedendo nel corpo, possiamo adattare il trattamento di conseguenza, " Egli ha detto.

UC è in prima linea nello sviluppo di nuovi biosensori che, secondo Heikenfeld, rivoluzioneranno il modo in cui monitoriamo le malattie e il benessere.

"La UC continua a costruire sulla nostra ricca storia regionale rivoluzionando la diagnostica attraverso questa terza ondata di rilevamento biochimico continuo, " Egli ha detto.