L'Université de Cincinnati a développé un capteur qui stimule la transpiration sous une minuscule tache même lorsque son porteur est au frais et au repos. Le capteur peut fournir les mêmes informations que celles trouvées dans le sang, sauf de manière non invasive et pendant des heures, permettre aux médecins de suivre des choses comme la maladie, la déshydratation ou l'absorption d'un médicament au fil du temps. Crédit :Joseph Fuqua II/UC Creative Services
Fabriquer un biocapteur révolutionnaire prélève du sang, sueur et larmes.
Et la salive, naturellement.
Le professeur Jason Heikenfeld de l'Université de Cincinnati a examiné le potentiel de ces biofluides et d'autres pour tester la santé humaine avec de minuscules, capteurs portables pour le journal Biotechnologie naturelle .
Heikenfeld développe une technologie portable dans son laboratoire de nouveaux dispositifs du Collège d'ingénierie et de sciences appliquées de l'UC. L'année dernière, son laboratoire a créé le premier appareil de test en continu au monde qui prélève la sueur aussi efficacement que le sang, mais de manière non invasive et sur de nombreuses heures.
"Finalement, les progrès technologiques dans les wearables sont limités par la biologie humaine elle-même, " dit l'étude.
Remarquablement, bon nombre des innovations dans le domaine des biocapteurs et de la technologie de la sueur ont été développées à Cincinnati. Le premier glucomètre pour le diabète a été commercialisé dans la région. L'inventeur du premier anti-transpirant au monde, appelé Odorono, était un médecin de Cincinnati nommé Abraham Murphey.
"Nous avons une histoire si forte dans ce domaine ici. C'est vraiment fascinant, " a déclaré Heikenfeld.
Heikenfeld attribue le travail acharné de son équipe au succès de son laboratoire.
"Nous avons pu aller loin et vite ici, " Heikenfeld a déclaré. "Nous sommes en résonance avec un certain type d'étudiant. Autant nous avons de brillants professeurs à l'UC, si nous n'avions pas d'étudiants talentueux ici, cette technologie n'existerait pas. Nous ne parlerions que théoriquement du potentiel. »
Dans le La nature article, Heikenfeld a identifié quatre vagues de découvertes lorsqu'il s'agit de tester la santé humaine. D'abord, les médecins ont commencé à prélever et à expédier du sang aux laboratoires de manière invasive, processus long et laborieux que les patients subissent encore aujourd'hui.
Le professeur Jason Heikenfeld de l'Université de Cincinnati a développé un appareil qui mesure les mêmes analytes dans la sueur que ceux trouvés dans le sang, mais de manière non invasive et continue pendant plusieurs heures. Crédit :Joseph Fuqua II/UC Creative Services
À partir des années 1980, les chercheurs, y compris le professeur d'ingénierie pionnier en UC Chong Ahn, développé des tests de laboratoire au point de service qui ont permis aux médecins d'obtenir des résultats immédiats. Au lieu d'envoyer des échantillons à un laboratoire, les médecins pourraient tester eux-mêmes les échantillons à l'aide de minuscules appareils autonomes.
"Le Dr Ahn a été à l'avant-garde du développement de ces dispositifs au point de service, " a déclaré Heikenfeld.
Maintenant, Heikenfeld a dit, nous sommes au milieu d'une troisième vague :la surveillance continue de la santé avec des appareils portables comme ceux développés à UC. Ceux-ci fournissent des données au fil du temps afin que les médecins puissent suivre les tendances de santé au lieu de se fier à l'instantané fourni par un seul test sanguin.
"C'est super puissant parce que ça me dit que je m'améliore ? Est-ce que je m'aggrave ?" dit Heikenfeld.
Finalement, le terrain verra des dispositifs implantés dans le corps pour un diagnostic ou une surveillance à long terme, il a dit. Mais les premiers chercheurs devront créer des capteurs robustes capables de fournir des informations précises sur une période beaucoup plus longue.
"C'est le grand défi, " Heikenfeld a déclaré. "Les capteurs sont chimiquement réactifs eux-mêmes. Donc ils ne durent pas."
Après avoir examiné l'utilisation de la salive, larmes et liquide interstitiel, Heikenfeld a conclu dans le La nature article que la sueur est la plus prometteuse pour les tests non invasifs car elle fournit des informations similaires à celles du sang et son taux de sécrétion peut être contrôlé et mesuré.
Dans son Novel Device Lab à l'UC, Heikenfeld et ses étudiants ont créé de nouveaux capteurs sur un patch portable de la taille d'un pansement qui stimule la transpiration même lorsque le patient est frais et au repos. Le capteur mesure des analytes spécifiques au fil du temps que les médecins peuvent utiliser pour déterminer comment le patient réagit à un traitement médicamenteux.
Les capteurs peuvent être adaptés pour mesurer tout, des médicaments aux hormones en passant par la déshydratation, dit Heikenfeld.
L'année dernière, le laboratoire a créé le premier capteur de surveillance continue au monde capable d'enregistrer les mêmes informations de santé dans la sueur que celles que les médecins examinent depuis des générations dans le sang. Ce jalon est remarquable car le capteur continu permet aux médecins de suivre la santé au fil du temps pour voir si un patient s'améliore ou s'aggrave. Et ils peuvent le faire de manière non invasive avec un petit patch appliqué sur la peau qui stimule la transpiration jusqu'à 24 heures à la fois.
Andrew Jajack, étudiant à l'Université de Cincinnati, montre comment un capteur de sueur pourrait fonctionner en en plaçant un sur son poignet. Crédit :Joseph Fuqua II/UC Creative Services
"C'est le Saint Graal. Pour la première fois, nous pouvons montrer voici les données sanguines ; voici les données sur la sueur - et elles fonctionnent parfaitement ensemble, " a déclaré Heikenfeld.
Heikenfeld et ses étudiants ont publié leurs dernières découvertes expérimentales en décembre dans la revue Lab on a Chip. L'étude de l'UC a suivi la façon dont les sujets du test métabolisaient l'éthanol. L'étude a conclu que la sueur fournissait pratiquement les mêmes informations que le sang pour mesurer la présence d'un médicament dans le corps.
La dernière percée à l'UC a marqué l'aboutissement de plus de sept années de recherche, il a dit.
"Pour les médicaments, nous pouvons utiliser la sueur pour obtenir une mesure exacte des concentrations dans le sang, " Heikenfeld a dit. " C'est important parce qu'une fois que nous pouvons mesurer les concentrations de produits thérapeutiques dans le sang, nous pouvons examiner le dosage des médicaments. Et cela pourrait faire ressembler le dosage actuel à quelque chose de l'âge de pierre."
Cincinnati abrite plusieurs entreprises qui transforment les technologies de prescription de médicaments, livraison et suivi dans les produits commerciaux. La liste comprend Assurex Santé, Activer les injections et les systèmes eccrines de Heikenfeld, où il est co-fondateur et directeur scientifique.
Le co-auteur de l'étude et biologiste informaticien Tongli Zhang a déclaré que des appareils comme ceux-ci aideront les médecins à fournir des soins personnalisés. Zhang est professeur adjoint au département de pharmacologie et de physiologie des systèmes de l'UC College of Medicine.
"Vous ne donnez pas aux enfants la même dose de médicament qu'aux adultes. De même, on peut spécifier une dose en fonction du poids d'un patient, " a dit Zhang. " Mais certains patients peuvent avoir une insuffisance hépatique ou rénale. Et d'autres pourraient métaboliser un médicament 10 fois plus rapidement. Ainsi, la même dose pourrait être inefficace chez certains patients et toxique chez d'autres."
Zhang a déclaré que les capteurs continus pourraient changer les traitements de manière fondamentale.
"La médecine personnalisée ou individualisée devient de plus en plus importante. Nous réalisons que c'est important. Si nous pouvons comprendre ce qui se passe dans le corps, nous pouvons adapter le traitement en conséquence, " il a dit.
UC est à l'avant-garde du développement de nouveaux biocapteurs qui, selon Heikenfeld, révolutionneront la façon dont nous suivons les maladies et le bien-être.
« UC continue de s'appuyer sur notre riche histoire régionale pour révolutionner les diagnostics grâce à cette troisième vague de détection biochimique continue, " il a dit.
