Sveder de små ting

Adjunkt i medicinsk teknik Wei Gao beriger området for personlig og præcisionsmedicin med en rigelig kilde til kemiske data:sved.

Gaos svedanalyseteknologi muliggør tidlig påvisning af fysiologiske aberrationer, skræddersyede behandlingsplaner, og større nøjagtighed i lægemiddelovervågning. Lav energi, for eksempel, er et symptom, der kan være forbundet med en lang række sundhedsproblemer, men en svedlæsende biosensor kan registrere unormale kemiske reaktioner i kroppen, der er forbundet med specifikke forhold.

Det følgende er tre eksempler på, hvordan Gaos biosensorer en dag kan hjælpe læger med at fortolke, hvad der kan være dig ondt.

Metabolisk monitor

Lav energi er en almindelig indikator for forskellige stofskiftesygdomme, men en sensoraflæsning, der viser ubalancer i sukker og elektrolytter, ville få en læge til at screene for diabetes.

Bærbare svedanalysatorer kan hjælpe 30 millioner amerikanere, der har diabetes, med at overvåge deres tilstand. Og for de yderligere 84 millioner amerikanske borgere med præ-diabetes, biosensorer kan hjælpe med at give tidlig påvisning af type 2-diabetes, hjerte sygdom, og slagtilfælde. Sensorerne kunne også spore biomarkører, der peger på ubalancer forbundet med cystisk fibrose og gigt.

"Sensoren kan fungere som både et diagnostisk og et sygdomshåndteringsværktøj, " siger Caltech kandidatstuderende Yiran Yang, der udvikler bærbare sensorer, der overvåger stofskifteforstyrrelser. Hun forklarer:"Selvom mange fødevarer bærer ernæringsmærker, dette hjælper ikke patienter med visse stofskiftesygdomme med at forstå deres personlige grænser. Ved at overvåge sammensætningen af ​​deres sved i løbet af dagen, patienter kan se, hvordan kosten påvirker dem."

I 2017 Yang blev den første forsker, der sluttede sig til Gaos laboratorium. Siden da, gruppen er vokset til at omfatte yderligere tre kandidatstuderende, tre postdoktorale forskere, fire gæsteforskere, og fire studerende. Holdet arbejder med Gao om biosensorteknologi og andet syntetisk mikro- og nano-bioelektronisk medicinsk udstyr.

Mental Health Monitor

Lav energi kan også være et symptom på depressive lidelser, men diagnoser for posttraumatisk stress, fødselsdepression, eller selvmordstanker i dag er i høj grad baseret på spørgeskemaer. Gao sigter mod at erstatte denne subjektive proces med objektive målinger.

"Mange mennesker ved ikke, at de er deprimerede, og andre ved, at de er det, men siger ikke noget om det, " siger Gao. "Kemisk analyse af deres sved kunne give tidlig advarsel om disse tilstande og hjælpe plejepersonale med at skelne mellem typer af depressive lidelser og identificere de bedste behandlingsmuligheder."

Høje niveauer af stresshormoner såsom kortisol, og markører for inflammation såsom cytokiner, er forbundet med depressive lidelser. Men normale værdier for disse biomarkører er forskellige for alle, og svinger i løbet af dagen. "Med en biosensor, vi kunne løbende overvåge en persons molekylære data over tid og bestemme hans eller hendes personlige baseline, "forklarer Gao. ""hvordan kunne vi kvantitativt se, om der er et problem."

I 2017 Gao var blandt de første forskere, der modtog støtte gennem Caltechs Carver Mead New Adventures Fund. Tidligere studerende fra Mead etablerede fonden i 2014 for at støtte innovative, forskning i tidlige stadier. "Dette tilskud gav mig selvtillid til at udvikle overvågningen af ​​mental sundhed, "Gao siger, "og vi gør pæne fremskridt i denne retning."

Medicinmonitor

I andre tilfælde, lav energi kan signalere, at en patients recept er slukket. "Nogle mennesker har brug for lavere doser, mens andre har brug for højere doser, " Gao forklarer. "Nogle overmedicinerer, og mange glemmer simpelthen at tage deres medicin." Biosensorer kunne i høj grad forbedre lægers evne til at spore patientcompliance og evaluere lægemiddeleffektivitet.

Indtil nu, farmakokinetik (studiet af, hvordan lægemidler absorberes, distribueret, og metaboliseret) er primært blevet informeret af data indsamlet i hospitals- og laboratoriemiljøer.

Receptpligtige doser og terapeutiske vinduer er ekstrapoleret fra relativt små patientpopulationer, fordi indsamlingen af ​​data om lægemiddelkoncentrationer kræver blodudtagninger med faste intervaller. Trådløs, Bærbare biosensorer ville muliggøre kontinuerlig overvågning af større patientpopulationer over længere perioder.

"Når vi udvikler denne lave pris, bærbar teknologi, vi tænker på, hvordan det især kunne hjælpe mennesker i udviklingslande, hvor der er få medicinske ressourcer, " siger Gao. "Men det kan bestemt også gavne millioner her i USA."