Il professore assistente di ingegneria medica Wei Gao sta arricchendo il campo della medicina personalizzata e di precisione con un'abbondante fonte di dati chimici:il sudore.

La tecnologia di analisi della traspirazione di Gao consente il rilevamento precoce delle aberrazioni fisiologiche, piani di trattamento personalizzati, e una maggiore accuratezza nel monitoraggio dei farmaci. Bassa energia, Per esempio, è un sintomo che potrebbe essere associato a una moltitudine di problemi di salute, ma un biosensore per la lettura del sudore può rilevare reazioni chimiche anomale nel corpo associate a condizioni specifiche.

Quelli che seguono sono tre esempi di come i biosensori di Gao un giorno potrebbero aiutare i medici a interpretare ciò che potrebbe affliggerti.

Monitor metabolico

La bassa energia è un indicatore comune di vari disturbi metabolici, ma una lettura del sensore che mostra squilibri nello zucchero e negli elettroliti indurrebbe un medico a fare uno screening per il diabete.

Gli analizzatori di sudore indossabili potrebbero aiutare 30 milioni di americani che hanno il diabete a monitorare le loro condizioni. E per gli ulteriori 84 milioni di cittadini statunitensi con pre-diabete, i biosensori potrebbero aiutare a fornire una diagnosi precoce del diabete di tipo 2, cardiopatia, e ictus. I sensori potrebbero anche tracciare biomarcatori che indicano squilibri associati alla fibrosi cistica e alla gotta.

"Il sensore può funzionare sia come strumento diagnostico che come strumento di gestione della malattia, ", afferma Yiran Yang, studente laureato al Caltech, che sviluppa sensori indossabili che monitorano i disturbi metabolici. Spiega:"Sebbene molti alimenti riportino etichette nutrizionali, questo non aiuta i pazienti con determinati disturbi metabolici a comprendere i propri limiti personali. Monitorando la composizione del loro sudore durante il giorno, i pazienti possono vedere come la dieta li influenza".

Nel 2017, Yang è diventato il primo ricercatore ad unirsi al laboratorio di Gao. Da allora, il gruppo è cresciuto fino a includere altri tre studenti laureati, tre dottorandi, quattro studiosi in visita, e quattro laureandi. Il team lavora con Gao sulla tecnologia dei biosensori e su altri dispositivi medici sintetici micro e nano-bioelettronici.

Monitoraggio della salute mentale

Anche la bassa energia potrebbe essere un sintomo di disturbi depressivi, ma diagnosi di stress post-traumatico, depressione postparto, o l'ideazione suicidaria oggi si basano in gran parte su questionari. Gao mira a sostituire questo processo soggettivo con misurazioni oggettive.

"Molte persone non sanno di essere depresse, e gli altri sanno di esserlo ma non dicono nulla a riguardo, " Gao dice. "L'analisi chimica del loro sudore potrebbe dare un avvertimento precoce per queste condizioni e aiutare gli operatori sanitari a distinguere tra i tipi di disturbi depressivi e identificare le migliori opzioni di trattamento".

Alti livelli di ormoni dello stress come il cortisolo, e marcatori di infiammazione come citochine, sono associati a disturbi depressivi. Ma i valori normali per questi biomarcatori sono diversi per tutti, e fluttuano nel corso della giornata. "Con un biosensore, potremmo monitorare continuamente i dati molecolari di un individuo nel tempo e determinare la sua linea di base personale, "Gao spiega. ""Poi potremmo vedere quantitativamente se c'è un problema."

Nel 2017, Gao è stato tra i primi ricercatori a ricevere supporto attraverso il Carver Mead New Adventures Fund di Caltech. Gli ex studenti di Mead hanno istituito il fondo nel 2014 per sostenere progetti innovativi, ricerca in fase iniziale. "Questa sovvenzione mi ha dato fiducia per sviluppare il monitoraggio della salute mentale, "Gao dice, "e stiamo facendo buoni progressi in questa direzione."

Monitoraggio dei farmaci

In altri casi, una bassa energia potrebbe segnalare che la prescrizione di un paziente è disattivata. "Alcune persone hanno bisogno di dosaggi più bassi, mentre altri necessitano di dosaggi più elevati, " Gao spiega. "Alcuni over-medicate, e molti semplicemente dimenticano di prendere le medicine." I biosensori potrebbero migliorare notevolmente la capacità dei medici di monitorare la compliance del paziente e valutare l'efficacia dei farmaci.

Fino ad ora, farmacocinetica (lo studio di come i farmaci vengono assorbiti, distribuito, e metabolizzato) è stato informato principalmente dai dati raccolti in ambito ospedaliero e di laboratorio.

I dosaggi di prescrizione e le finestre terapeutiche sono estrapolati da popolazioni di pazienti relativamente piccole perché la raccolta di dati sulle concentrazioni dei farmaci richiede prelievi di sangue a intervalli prestabiliti. Senza fili, i biosensori indossabili consentirebbero il monitoraggio continuo di popolazioni di pazienti più ampie per periodi di tempo più lunghi.

"Mentre sviluppiamo questo low-cost, tecnologia indossabile, pensiamo a come potrebbe aiutare soprattutto le persone nei paesi in via di sviluppo dove ci sono poche risorse mediche, " Dice Gao. "Ma certamente ne possono beneficiare milioni anche qui negli Stati Uniti".