Tegn på udbrændthed kan påvises i sved

EPFL ingeniører, arbejder i samarbejde med startup Xsensio, har udviklet et bærbart system, der løbende kan måle koncentrationen af ​​kortisol – stresshormonet – i menneskelig sved. Deres enhed kan i sidste ende hjælpe læger med bedre at forstå og behandle stress-relaterede tilstande som udbrændthed og fedme.

Vi har alle følt os stressede på et tidspunkt, hvad enten det er i vores personlige eller professionelle liv eller som reaktion på ekstraordinære omstændigheder som COVID-19-pandemien. Men indtil nu har der ikke været nogen måde at kvantificere stressniveauer på en objektiv måde.

Det kan snart ændre sig takket være en lille bærbar sensor udviklet af ingeniører ved EPFLs Nanoelectronic Devices Laboratory (Nanolab) og Xsensio. Enheden kan placeres direkte på en patients hud og kan løbende måle koncentrationen af ​​kortisol, den vigtigste stressbiomarkør, i patientens sved.

Cortisol:Et tveægget sværd

Cortisol er et steroidhormon, der fremstilles af vores binyrer ud fra kolesterol. Dets sekretion styres af det adrenokortikotrope hormon (ACTH), som produceres af hypofysen. Cortisol udfører væsentlige funktioner i vores kroppe, såsom regulering af stofskiftet, blodsukkerniveauer og blodtryk; det påvirker også immunsystemet og kardiovaskulære funktioner.

Når vi er i en stresset situation, uanset om det er livstruende eller banalt, kortisol er det hormon, der tager over. Det instruerer vores kroppe til at dirigere den nødvendige energi til vores hjerne, muskler og hjerte. "Kortisol kan udskilles på impuls - du har det godt, og pludselig sker der noget, der sætter dig under stress, og din krop begynder at producere mere af hormonet, " siger Adrian Ionescu, leder af Nanolab.

Mens kortisol hjælper vores kroppe med at reagere på stressende situationer, det er faktisk et tveægget sværd. Det udskilles normalt i løbet af dagen i henhold til en døgnrytme, topper mellem kl. 06.00 og 8.00 og falder derefter gradvist hen på eftermiddagen og aftenen. "Men hos mennesker, der lider af stress-relaterede sygdomme, denne døgnrytme er fuldstændig smidt af, " siger Ionescu. "Og hvis kroppen laver for meget eller ikke nok kortisol, som kan skade en persons helbred alvorligt, potentielt føre til fedme, kardiovaskulær sygdom, depression eller udbrændthed."

Indfanger hormonet for at måle det

Blodprøver kan bruges til at tage øjebliksbilleder af patienters kortisolniveauer. Imidlertid, påviselige mængder kortisol kan også findes i spyt, urin og sved. Ionescus team hos Nanolab besluttede at fokusere på sved som detektionsvæske og udviklede et smart patch, der kan bæres med en miniaturiseret sensor.

Plastret indeholder en transistor og en elektrode lavet af grafen, som, på grund af dets unikke egenskaber, tilbyder høj følsomhed og meget lave detektionsgrænser. Grafenen er funktionaliseret gennem aptamerer, som er korte fragmenter af enkeltstrenget DNA eller RNA, der kan binde til specifikke forbindelser. Aptameren i EPFL-plasteret bærer en negativ ladning; når det kommer i kontakt med kortisol, det fanger straks hormonet, får strengene til at folde ind på sig selv og bringe ladningen tættere på elektrodeoverfladen. Enheden registrerer derefter opladningen, og er følgelig i stand til at måle kortisolkoncentrationen i bærerens sved.

Indtil nu, der er ikke udviklet noget andet system til overvågning af kortisolkoncentrationer kontinuerligt gennem døgncyklussen. "Det er den vigtigste fordel og innovative egenskab ved vores enhed. Fordi den kan bæres, videnskabsmænd kan indsamle kvantitative, objektive data om visse stress-relaterede sygdomme. Og de kan gøre det i en ikke-invasiv, præcis og øjeblikkelig måde over hele spektret af kortisolkoncentrationer i menneskelig sved, " siger Ionescu.

Engineering forbedrede sundhedsvæsenet

Ingeniørerne testede deres enhed på Xsensios proprietære Lab-on-SkinTM platform; næste skridt vil være at lægge det i hænderne på sundhedspersonale. Esmeralda Megally, CEO for Xsensio, siger:"Det fælles R&D-team hos EPFL og Xsensio nåede en vigtig F&U-milepæl i påvisningen af ​​kortisolhormonet. Vi ser frem til at teste denne nye sensor i et hospitalsmiljø og frigøre ny indsigt i, hvordan vores krop fungerer." Teamet har etableret et broprojekt med prof. Nelly Pitteloud, chef for endokrinologi, diabetes og stofskifte på Lausanne Universitetshospital (CHUV), for hendes personale til at afprøve det kontinuerlige kortisol-overvågningssystem på menneskelige patienter. Disse forsøg vil involvere raske personer såvel som personer, der lider af Cushings syndrom (når kroppen producerer for meget kortisol), Addisons sygdom (når kroppen ikke producerer nok) og stressrelateret fedme. Ingeniørerne mener, at deres sensor kan yde et stort bidrag til studiet af de fysiologiske og patologiske rytmer af kortisolsekretion.

Så hvad med psykiske sygdomme forårsaget af for meget stress? "For nu, de vurderes kun ud fra patienternes opfattelser og sindstilstande, som ofte er subjektive, " siger Ionescu. "Så have en pålidelig, wearable system kan hjælpe læger med objektivt at kvantificere, om en patient lider af depression eller udbrændthed, for eksempel, og om deres behandling er effektiv. Hvad mere er, læger ville have den information i realtid. Det ville markere et stort skridt fremad i forståelsen af ​​disse sygdomme." Og hvem ved, måske en dag vil denne teknologi blive indarbejdet i smarte armbånd. "Næste fase vil fokusere på produktudvikling for at gøre denne spændende opfindelse til en vigtig del af vores Lab-on-Skin-sensingplatform, og bringe stressovervågning til næste generations wearables, " siger Megally.