Des scientifiques de l'Université Rutgers du Nouveau-Brunswick ont ​​créé un capteur à base de graphène qui pourrait permettre une détection plus précoce des crises d'asthme imminentes et améliorer la gestion de l'asthme et d'autres maladies respiratoires. prévenir les hospitalisations et les décès.

Le capteur ouvre la voie au développement d'appareils - ressemblant peut-être à des trackers de fitness comme le Fitbit - que les gens pourraient porter et ainsi savoir quand et à quel dosage prendre leurs médicaments.

"Notre vision est de développer un appareil que quelqu'un souffrant d'asthme ou d'une autre maladie respiratoire peut porter autour du cou ou au poignet et souffler dedans périodiquement pour prédire l'apparition d'une crise d'asthme ou d'autres problèmes, " a déclaré Mehdi Javanmard, professeur adjoint au Département de génie électrique et informatique. "Cela fait avancer le domaine de la médecine personnalisée et de précision."

Javanmard et une équipe diversifiée d'experts de Rutgers-Nouveau-Brunswick décrivent leur invention dans une étude publiée en ligne aujourd'hui dans la revue Microsystèmes et nano-ingénierie .

Asthme, qui provoque une inflammation des voies respiratoires et obstrue la circulation de l'air, touche environ 300 millions de personnes dans le monde. Aux États-Unis, environ 17,7 millions d'adultes et 6,3 millions d'enfants ont reçu un diagnostic d'asthme en 2014. Les symptômes comprennent la toux, respiration sifflante, essoufflement, et oppression thoracique. D'autres affections pulmonaires graves comprennent la maladie pulmonaire obstructive chronique (MPOC), qui englobe l'emphysème et la bronchite chronique.

Les méthodes non invasives d'aujourd'hui pour le diagnostic et le suivi de l'asthme sont limitées dans la caractérisation de la nature et du degré de l'inflammation des voies respiratoires, et nécessitent coûteux, matériel encombrant que les patients ne peuvent pas facilement garder avec eux. Les méthodes comprennent la spirométrie, qui mesure la capacité respiratoire, et la recherche d'oxyde nitrique expiré, un indicateur de l'inflammation des voies respiratoires. Il y a un besoin urgent d'amélioration, méthodes mini-invasives pour le diagnostic moléculaire et le suivi de l'asthme, dit l'étude.

La mesure des biomarqueurs dans le condensat d'haleine expirée - de minuscules gouttelettes liquides déchargées pendant la respiration - peut contribuer à comprendre l'asthme au niveau moléculaire et conduire à un traitement ciblé et à une meilleure gestion de la maladie.

Le capteur électrochimique miniaturisé des chercheurs de Rutgers mesure avec précision le nitrite dans le condensat expiré à l'aide d'oxyde de graphène réduit. L'oxyde de graphène réduit résiste à la corrosion, possède des propriétés électriques supérieures et est très précis dans la détection des biomarqueurs. Le graphène est une fine couche du graphite utilisé dans les crayons.

« Le niveau de nitrite dans le condensat respiratoire est un biomarqueur prometteur de l'inflammation des voies respiratoires. une méthode simple pour le mesurer peut aider un asthmatique à déterminer si les polluants atmosphériques les affectent afin qu'ils puissent mieux gérer l'utilisation de médicaments et l'activité physique, " a déclaré Clifford Weisel, co-auteur de l'étude et professeur au Rutgers' Environmental and Occupational Health Sciences Institute (EOHSI). "Il pourrait également être utilisé dans le cabinet d'un médecin et les services d'urgence pour surveiller l'efficacité de divers médicaments anti-inflammatoires afin d'optimiser le traitement."

"L'augmentation de l'inflammation des voies respiratoires peut être un signe avant-coureur d'un risque accru de crise d'asthme ou d'exacerbation de la MPOC, permettant des mesures préventives ou un traitement plus précoces et plus efficaces, " dit Robert Laumbach, co-auteur de l'étude et médecin du travail et de l'environnement à l'EOHSI.

"Juste en regardant tousser, respiration sifflante et autres symptômes extérieurs, la précision du diagnostic est souvent médiocre, c'est pourquoi cette idée de surveiller les biomarqueurs en continu peut entraîner un changement de paradigme, " dit Javanmard, qui travaille à l'école d'ingénieurs. « La capacité d'effectuer une quantification sans étiquette de la teneur en nitrite dans le condensat d'haleine expiré en une seule étape sans aucun prétraitement d'échantillon résout un goulot d'étranglement clé pour permettre la gestion portable de l'asthme. »

L'étape suivante consiste à développer un portable, système portable, qui pourrait être disponible dans le commerce d'ici cinq ans, il a dit. Les chercheurs envisagent également d'augmenter le nombre de biomarqueurs d'inflammation qu'un appareil pourrait détecter et mesurer.

« Aux États-Unis seulement, inflammation allergique, l'asthme et diverses affections respiratoires sont tous en augmentation, donc des appareils qui peuvent aider à diagnostiquer, surveiller et gérer ces conditions sera en forte demande, " dit Javanmard.