Le professeur assistant de génie médical Wei Gao enrichit le domaine de la médecine personnalisée et de précision avec une source abondante de données chimiques :la sueur.
La technologie d'analyse de la transpiration de Gao permet une détection précoce des aberrations physiologiques, plans de traitement personnalisés, et une plus grande précision dans la surveillance des médicaments. Batterie faible, par exemple, est un symptôme qui pourrait être associé à une multitude de problèmes de santé, mais un biocapteur de transpiration peut détecter des réactions chimiques anormales dans le corps qui sont associées à des conditions spécifiques.
Ce qui suit sont trois exemples de la façon dont les biocapteurs de Gao pourraient un jour aider les médecins à interpréter ce qui pourrait vous affliger.
Moniteur métabolique
Une faible énergie est un indicateur courant de divers troubles métaboliques, mais une lecture de capteur qui affiche des déséquilibres en sucre et en électrolytes inciterait un médecin à dépister le diabète.
Les analyseurs de sueur portables pourraient aider 30 millions d'Américains diabétiques à surveiller leur état. Et pour les 84 millions de citoyens américains supplémentaires atteints de prédiabète, les biocapteurs pourraient aider à fournir une détection précoce du diabète de type 2, cardiopathie, et accident vasculaire cérébral. Les capteurs pourraient également suivre les biomarqueurs qui indiquent des déséquilibres associés à la mucoviscidose et à la goutte.
"Le capteur peut fonctionner à la fois comme un outil de diagnostic et de gestion de la maladie, " déclare Yiran Yang, étudiant diplômé de Caltech, qui développe des capteurs portables qui surveillent les troubles métaboliques. Elle explique :« Bien que de nombreux aliments portent des étiquettes nutritionnelles, cela n'aide pas les patients atteints de certains troubles métaboliques à comprendre leurs limites personnelles. En surveillant la composition de leur sueur tout au long de la journée, les patients peuvent voir comment l'alimentation les affecte.
En 2017, Yang est devenu le premier chercheur à rejoindre le laboratoire de Gao. Depuis, le groupe s'est agrandi pour inclure trois autres étudiants diplômés, trois post-doctorants, quatre universitaires invités, et quatre étudiants de premier cycle. L'équipe travaille avec Gao sur la technologie des biocapteurs et d'autres dispositifs médicaux synthétiques micro- et nano-bioélectroniques.
Moniteur de santé mentale
Une faible énergie pourrait également être un symptôme de troubles dépressifs, mais des diagnostics de stress post-traumatique, dépression postpartum, ou les idées suicidaires sont aujourd'hui largement basées sur des questionnaires. Gao vise à remplacer ce processus subjectif par des mesures objectives.
"Beaucoup de gens ne savent pas qu'ils sont déprimés, et d'autres le savent mais n'en disent rien, " dit Gao. " L'analyse chimique de leur sueur pourrait donner un avertissement précoce pour ces conditions et aider les soignants à différencier les types de troubles dépressifs et à identifier les meilleures options de traitement. "
Des niveaux élevés d'hormones de stress telles que le cortisol, et des marqueurs de l'inflammation tels que les cytokines, sont associés à des troubles dépressifs. Mais les valeurs normales de ces biomarqueurs sont différentes pour tout le monde, et fluctuent tout au long de la journée. "Avec un biocapteur, nous pourrions surveiller en permanence les données moléculaires d'un individu au fil du temps et déterminer sa base de référence personnelle, " explique Gao. " " On pourrait voir quantitativement s'il y a un problème. "
En 2017, Gao a été parmi les premiers chercheurs à recevoir un soutien du Carver Mead New Adventures Fund de Caltech. D'anciens étudiants de Mead ont créé le fonds en 2014 pour soutenir l'innovation, recherche à un stade précoce. "Cette subvention m'a donné confiance pour développer le suivi de la santé mentale, " Gao dit, "et nous faisons de beaux progrès dans cette direction."
Moniteur de médicaments
Dans d'autres cas, une faible énergie peut signaler que la prescription d'un patient est annulée. "Certaines personnes ont besoin de doses plus faibles, tandis que d'autres ont besoin de doses plus élevées, " explique Gao. " Certains surmédicaments, et beaucoup oublient tout simplement de prendre leurs médicaments. » Les biocapteurs pourraient grandement améliorer la capacité des médecins à suivre l'observance des patients et à évaluer l'efficacité des médicaments.
Jusqu'à maintenant, pharmacocinétique (l'étude de la façon dont les médicaments sont absorbés, distribué, et métabolisé) a été principalement éclairé par des données recueillies en milieu hospitalier et en laboratoire.
Les doses prescrites et les fenêtres thérapeutiques sont extrapolées à partir de populations de patients relativement petites, car la collecte de données sur les concentrations de médicaments nécessite des prélèvements sanguins à intervalles réguliers. Sans fil, des biocapteurs portables permettraient une surveillance continue de populations de patients plus importantes sur de plus longues périodes.
"Au fur et à mesure que nous développons ce low-cost, technologie portable, nous réfléchissons à la manière dont cela pourrait notamment aider les personnes dans les pays en développement où il y a peu de ressources médicales, ", dit Gao. "Mais cela peut certainement profiter à des millions de personnes ici aux États-Unis."
