Ingénieurs EPFL, en collaboration avec la startup Xsensio, ont développé un système portable qui peut mesurer en continu la concentration de cortisol - l'hormone du stress - dans la sueur humaine. Leur appareil peut éventuellement aider les médecins à mieux comprendre et traiter les conditions liées au stress comme l'épuisement professionnel et l'obésité.

Nous nous sommes tous sentis stressés à un moment donné, que ce soit dans notre vie personnelle ou professionnelle ou en réponse à des circonstances exceptionnelles comme la pandémie de COVID-19. Mais jusqu'à présent, il n'y avait aucun moyen de quantifier les niveaux de stress de manière objective.

Cela pourrait bientôt changer grâce à un petit capteur portable développé par des ingénieurs du Laboratoire des dispositifs nanoélectroniques de l'EPFL (Nanolab) et Xsensio. L'appareil peut être placé directement sur la peau d'un patient et peut mesurer en continu la concentration de cortisol, le principal biomarqueur de stress, dans la sueur du patient.

Cortisol :une épée à double tranchant

Le cortisol est une hormone stéroïde fabriquée par nos glandes surrénales à partir du cholestérol. Sa sécrétion est contrôlée par l'hormone adrénocorticotrope (ACTH), qui est produite par l'hypophyse. Le cortisol remplit des fonctions essentielles dans notre corps, comme la régulation du métabolisme, taux de sucre dans le sang et pression artérielle; il affecte également le système immunitaire et les fonctions cardiovasculaires.

Lorsque nous sommes dans une situation stressante, qu'elles soient mortelles ou banales, le cortisol est l'hormone qui prend le relais. Il ordonne à notre corps de diriger l'énergie nécessaire vers notre cerveau, musculaire et cardiaque. « Le cortisol peut être sécrété de manière impulsive – vous vous sentez bien et tout à coup, quelque chose se produit qui vous stresse, et votre corps commence à produire plus d'hormone, " dit Adrian Ionescu, responsable du Nanolab.

Alors que le cortisol aide notre corps à réagir aux situations stressantes, c'est en fait une épée à double tranchant. Elle est généralement sécrétée tout au long de la journée selon un rythme circadien, culminant entre 6h et 8h puis diminuant progressivement dans l'après-midi et le soir. "Mais chez les personnes qui souffrent de maladies liées au stress, ce rythme circadien est complètement bouleversé, " dit Ionescu. " Et si le corps produit trop ou pas assez de cortisol, pouvant nuire gravement à la santé d'un individu, pouvant conduire à l'obésité, maladie cardiovasculaire, dépression ou surmenage."

Capturer l'hormone pour la mesurer

Des tests sanguins peuvent être utilisés pour prendre des mesures instantanées des niveaux de cortisol des patients. Cependant, des quantités détectables de cortisol peuvent également être trouvées dans la salive, urine et sueur. L'équipe d'Ionescu au Nanolab a décidé de se concentrer sur la sueur comme fluide de détection et a développé un patch intelligent portable avec un capteur miniaturisé.

Le patch contient un transistor et une électrode en graphène qui, en raison de ses propriétés uniques, offre une sensibilité élevée et des limites de détection très basses. Le graphène est fonctionnalisé par des aptamères, qui sont de courts fragments d'ADN ou d'ARN simple brin qui peuvent se lier à des composés spécifiques. L'aptamère du patch EPFL porte une charge négative; lorsqu'il entre en contact avec le cortisol, il capte immédiatement l'hormone, provoquant le repliement des brins sur eux-mêmes et rapprochant la charge de la surface de l'électrode. L'appareil détecte alors la charge, et est par conséquent capable de mesurer la concentration de cortisol dans la sueur du porteur.

Jusque là, aucun autre système n'a été développé pour surveiller les concentrations de cortisol en continu tout au long du cycle circadien. "C'est le principal avantage et la caractéristique innovante de notre appareil. Parce qu'il peut être porté, les scientifiques peuvent collecter des données quantitatives, des données objectives sur certaines maladies liées au stress. Et ils peuvent le faire de manière non invasive, manière précise et instantanée sur toute la gamme des concentrations de cortisol dans la sueur humaine, " dit Ionescu.

Ingénierie des soins de santé améliorés

Les ingénieurs ont testé leur appareil sur la plate-forme propriétaire Lab-on-SkinTM de Xsensio; la prochaine étape sera de le mettre entre les mains des travailleurs de la santé. Esmeralda Megally, PDG de Xsensio, déclare :« L'équipe de R&D conjointe de l'EPFL et de Xsensio a franchi une étape importante en R&D dans la détection de l'hormone cortisol. Nous sommes impatients de tester ce nouveau capteur en milieu hospitalier et de découvrir de nouvelles informations sur le fonctionnement de notre corps. L'équipe a monté un projet de bridge avec le Pr Nelly Pitteloud, chef d'endocrinologie, diabète et métabolisme au CHU de Lausanne (CHUV), pour son personnel d'essayer le système de surveillance continue du cortisol sur des patients humains. Ces essais impliqueront des individus sains ainsi que des personnes souffrant du syndrome de Cushing (lorsque le corps produit trop de cortisol), La maladie d'Addison (lorsque le corps n'en produit pas assez) et l'obésité liée au stress. Les ingénieurs pensent que leur capteur peut apporter une contribution majeure à l'étude des rythmes physiologiques et pathologiques de la sécrétion de cortisol.

Alors qu'en est-il des maladies psychologiques causées par trop de stress ? "Pour l'instant, ils sont évalués uniquement sur la base des perceptions et des états d'esprit des patients, qui sont souvent subjectifs, " dit Ionescu. " Donc, avoir un le système portable peut aider les médecins à quantifier objectivement si un patient souffre de dépression ou d'épuisement professionnel, par exemple, et si leur traitement est efficace. Quoi de plus, les médecins auraient cette information en temps réel. Cela marquerait un grand pas en avant dans la compréhension de ces maladies." Et qui sait, peut-être qu'un jour cette technologie sera intégrée aux bracelets intelligents. "La prochaine phase se concentrera sur le développement de produits pour transformer cette invention passionnante en un élément clé de notre plate-forme de détection Lab-on-Skin, et apporter la surveillance du stress aux appareils portables de nouvelle génération, " dit Megally.