Эти умные часы могут измерять уровень гормона стресса

Человеческий организм реагирует на стресс, от повседневного до экстремального, выработкой гормона кортизола.

На сегодняшний день было непрактично измерять кортизол как способ потенциального выявления таких состояний, как депрессия и посттравматический стресс, при которых уровни гормона повышены.

Уровни кортизола традиционно оценивались с помощью образцов крови в профессиональных лабораториях, и хотя эти измерения могут быть полезны для диагностики определенных заболеваний, они не могут фиксировать изменения уровня кортизола с течением времени.

Теперь исследовательская группа Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе разработала устройство, которое может стать большим шагом вперед: умные часы, которые точно, неинвазивно и в режиме реального времени оценивают уровень кортизола в поте.

Описанная в исследовании, опубликованном в журнале Science Advances, технология может дать владельцам возможность читать и реагировать на важный биохимический индикатор стресса.

«Я ожидаю, что возможность внимательно следить за изменениями уровня кортизола во времени будет очень поучительной для людей с психическими расстройствами», — сказала соавтор Энн Эндрюс, профессор психиатрии и биоповеденческих наук Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, член Калифорнийского института наносистем при Калифорнийском университете в Лос-Анджелесе. и член Семельского института неврологии и поведения человека.

«Возможно, они смогут предвидеть что-то приближающееся или отслеживать изменения в своих личных привычках».

Кортизол хорошо подходит для измерения через пот, по словам соавтора Сэма Эмаминеджада, адъюнкт-профессора электротехники и вычислительной техники в инженерной школе Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и члена CNSI.

«Мы определили, что, отслеживая кортизол в поте, мы сможем отслеживать такие изменения в носимом формате, как мы показали ранее для других малых молекул, таких как метаболиты и фармацевтические препараты», — сказал он.

«Из-за своего небольшого молекулярного размера кортизол диффундирует с потом с уровнями концентрации, которые точно отражают его циркулирующие уровни».

Эта технология основана на предыдущих достижениях в области носимой биоэлектроники и биосенсорных транзисторов, сделанных Эмаминежадом, Эндрюсом и их исследовательскими группами.

В новых умных часах полоска специальной тонкой клейкой пленки собирает крошечные объемы пота, измеряемые миллионными долями литра.

Прикрепленный датчик обнаруживает кортизол с помощью сконструированных цепочек ДНК, называемых аптамерами, которые сконструированы таким образом, что молекула кортизола подходит к каждому аптамеру, как ключ к замку. Когда кортизол присоединяется, аптамер меняет форму таким образом, что изменяются электрические поля на поверхности транзистора.

Изобретение — наряду с исследованием 2021 года, которое продемонстрировало способность измерять ключевые химические вещества в мозге с помощью зондов — является кульминацией долгих научных поисков Эндрюса.

Более 20 лет она возглавляла усилия по мониторингу таких молекул, как серотонин, химический мессенджер в мозгу, связанный с регуляцией настроения, в живых существах, несмотря на уязвимость транзисторов к влажной, соленой биологической среде.

В 1999 году она предложила использовать нуклеиновые кислоты — вместо белков, стандартный механизм — для распознавания конкретных молекул.

«Эта стратегия привела нас к решению фундаментальной физической проблемы: как заставить транзисторы работать для электронных измерений в биологических жидкостях», — сказал Эндрюс, который также является профессором химии и биохимии.

Тем временем Эмаминежад задумал повсеместное наблюдение за личным здоровьем. Его лаборатория разрабатывает носимые устройства с биосенсорами, которые отслеживают уровни определенных молекул, связанных с определенными показателями здоровья.

«Мы вступаем в эру индивидуального мониторинга, когда вместо того, чтобы идти к врачу для проверки, врач практически всегда с нами», — сказал он. «Данные собираются, анализируются и передаются прямо на тело, что дает нам обратную связь в режиме реального времени для улучшения нашего здоровья и благополучия».

Лаборатория Emaminejad ранее продемонстрировала, что одноразовая версия специальной клейкой пленки позволяет умным часам анализировать химические вещества из пота, а также технологию, которая вызывает небольшое количество пота, даже когда пользователь неподвижен.

Более ранние исследования показали, что датчики, разработанные группой Эмаминежада, могут быть полезны для диагностики таких заболеваний, как кистозный фиброз, и для персонализации дозировок лекарств.

Одна из проблем при использовании уровня кортизола для диагностики депрессии и других расстройств заключается в том, что уровни гормона могут широко варьироваться от человека к человеку, поэтому врачи не могут многому научиться на одном измерении.

Но авторы предвидят, что отслеживание индивидуальных уровней кортизола с течением времени с помощью умных часов может предупредить владельцев и их врачей об изменениях, которые могут быть клинически значимыми для диагностики или мониторинга эффектов лечения.

Среди других авторов исследования Джанет Томияма, адъюнкт-профессор психологии Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, которая на протяжении многих лет сотрудничала с лабораторией Эмаминежада, чтобы тестировать его носимые устройства в клинических условиях.

«Эта работа превратилась в важный документ, объединив разрозненные части Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе», — сказал Пол Вайс, выдающийся профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, профессор химии и биохимии, материаловедения и инженерии, член CNSI и соавтор статьи.

«Это происходит от того, что мы находимся рядом, у нас нет проблем с эго и мы рады совместной работе. Мы можем решать проблемы друг друга и использовать эту технологию в новых направлениях».

Автор Уэйн Льюис.