Μηχανικοί του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Ντιέγκο ανέπτυξαν ένα έξυπνο δαχτυλίδι που παρακολουθεί συνεχώς έως τέσσερις χημικούς βιοδείκτες στον ιδρώτα. Το ερευνητικό πρωτότυπο καταγράφει, μεταξύ άλλων, γλυκόζη και κετόνες χωρίς να απαιτεί άσκηση ή έντονη εφίδρωση.
Ένα έξυπνο δαχτυλίδι που μπορεί να παρακολουθεί ταυτόχρονα και σε πραγματικό χρόνο διαφορετικούς βιοχημικούς δείκτες στον ιδρώτα παρουσίασαν μηχανικοί του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας στο Σαν Ντιέγκο.
Η φορετή συσκευή μπορεί να ανιχνεύει γλυκόζη, κετόνες, βιταμίνη C, ουρικό οξύ, γαλακτικό οξύ και αλκοόλ. Ανάλογα με τη διαμόρφωση των αισθητήρων, παρακολουθεί συνεχώς έως τέσσερις από αυτούς τους δείκτες.
Η ερευνητική ομάδα εκτιμά ότι πρόκειται για το πρώτο πλήρως ενσωματωμένο έξυπνο δαχτυλίδι που σχεδιάστηκε για καθημερινή βιοχημική παρακολούθηση. Τα αποτελέσματα της μελέτης δημοσιεύθηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Nature Communications.
Το πρωτότυπο συνδυάζει αισθητήρες, σύστημα συλλογής ιδρώτα, μικρορευστονικό κανάλι, ηλεκτρονικά χαμηλής κατανάλωσης, ασύρματη μετάδοση δεδομένων και επαναφορτιζόμενη μπαταρία μέσα σε μια συσκευή που φοριέται στο δάχτυλο.
Από τους καρδιακούς παλμούς στη βιοχημεία του οργανισμού
Τα περισσότερα εμπορικά έξυπνα δαχτυλίδια καταγράφουν σήμερα βιοφυσικές παραμέτρους, όπως ο καρδιακός ρυθμός, η θερμοκρασία του δέρματος, η κίνηση και η ποιότητα του ύπνου.
Το νέο πρωτότυπο επιχειρεί να προσθέσει ένα διαφορετικό επίπεδο πληροφορίας: τη συνεχή μέτρηση χημικών ουσιών που σχετίζονται με τον μεταβολισμό, τη διατροφή και την κατάσταση της υγείας.
«Τα εμπορικά δαχτυλίδια παρέχουν μόνο βιοφυσικές πληροφορίες, αλλά δεν προσφέρουν μοριακά δεδομένα για βιοχημικούς δείκτες που μπορούν να δώσουν βαθύτερη εικόνα για την κατάσταση της υγείας ενός ανθρώπου», εξηγεί ο πρώτος συγγραφέας της μελέτης, Ταμόγκνα Σάχα, μεταδιδακτορικός ερευνητής στο εργαστήριο του καθηγητή Τζόζεφ Γουάνγκ.
Η παρακολούθηση πολλών βιοδεικτών ταυτόχρονα θα μπορούσε να προσφέρει πληρέστερη εικόνα για τον τρόπο με τον οποίο ο οργανισμός αντιδρά στα γεύματα, στη νηστεία, στην άσκηση, στα φάρμακα ή στην κατανάλωση αλκοόλ.
Δεν απαιτεί άσκηση ή έντονη εφίδρωση
Ένα από τα σημαντικότερα εμπόδια στην ανάπτυξη αισθητήρων ιδρώτα είναι ότι πολλές συσκευές χρειάζονται έντονη σωματική δραστηριότητα ή υψηλή θερμοκρασία για να συλλέξουν επαρκή ποσότητα υγρού.
Το νέο δαχτυλίδι δεν απαιτεί άσκηση. Αντλεί παθητικά μικρές ποσότητες ιδρώτα από την επιφάνεια του δέρματος μέσω της όσμωσης, αξιοποιώντας μια τεχνική που ανέπτυξε ο Σάχα.
Στο εσωτερικό του βρίσκεται μια οσμωτική υδρογέλη, ένα μαλακό πολυμερές υλικό που δημιουργεί διαφορά πίεσης και τραβά ανώδυνα το υγρό από το δέρμα.
Ο μηχανισμός μοιάζει με τον τρόπο κατά τον οποίο το νερό μετακινείται από το έδαφος προς τα φύλλα των φυτών.
Στη συνέχεια, ο ιδρώτας διοχετεύεται μέσω ενός μικροσκοπικού καναλιού στη συστοιχία ηλεκτροχημικών αισθητήρων, όπου πραγματοποιείται η ανάλυση των βιοδεικτών.
Ποιους βιοδείκτες μπορεί να παρακολουθεί
Η πλατφόρμα έχει σχεδιαστεί ώστε να ανιχνεύει έξι διαφορετικές ουσίες:
- γλυκόζη,
- κετόνες,
- βιταμίνη C,
- ουρικό οξύ,
- γαλακτικό οξύ,
- αλκοόλ.
Η γλυκόζη και οι κετόνες έχουν ιδιαίτερη σημασία για τον μεταβολισμό και τη διαχείριση του διαβήτη. Το γαλακτικό οξύ μπορεί να δώσει πληροφορίες για τη σωματική καταπόνηση, ενώ το ουρικό οξύ συνδέεται με μεταβολικές και νεφρικές λειτουργίες.
Η μέτρηση της βιταμίνης C θα μπορούσε να αποτυπώσει μεταβολές που σχετίζονται με τη διατροφή ή τη λήψη συμπληρωμάτων. Αντίστοιχα, η ανίχνευση του αλκοόλ μπορεί να καταγράψει τον τρόπο με τον οποίο μεταβάλλεται η συγκέντρωσή του στον οργανισμό μετά την κατανάλωση.
Η συσκευή δεν μετρά και τους έξι δείκτες ταυτόχρονα. Οι ερευνητές μπορούν να εξοπλίσουν το δαχτυλίδι με διαφορετικούς συνδυασμούς αισθητήρων, ώστε να παρακολουθεί συνεχώς έως τέσσερις ουσίες.
Ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τον διαβήτη
Η ταυτόχρονη παρακολούθηση της γλυκόζης και των κετονών θεωρείται μία από τις σημαντικότερες πιθανές εφαρμογές του δαχτυλιδιού.
Η συνεχής μέτρηση της γλυκόζης αποτελεί βασικό εργαλείο για πολλά άτομα με διαβήτη. Οι κετόνες έχουν επίσης μεγάλη σημασία, ιδιαίτερα στον διαβήτη τύπου 1, καθώς η αύξησή τους μπορεί να προειδοποιεί για μεταβολική απορρύθμιση.
«Ένα δαχτυλίδι που καταγράφει δυναμικές μοριακές πληροφορίες σε πραγματικό χρόνο θα ήταν εξαιρετικά χρήσιμο για τη λήψη τεκμηριωμένων αποφάσεων σχετικά με την υγεία, τη διατροφή και τον τρόπο ζωής», αναφέρει ο καθηγητής Τζόζεφ Γουάνγκ.
Όπως προσθέτει, η δυνατότητα συνεχούς και ταυτόχρονης παρακολούθησης της γλυκόζης και των κετονών θα μπορούσε στο μέλλον να συμβάλει στην καλύτερη διαχείριση του διαβήτη και στην προσαρμογή της ινσουλίνης.
Το δαχτυλίδι παραμένει, πάντως, ερευνητικό πρωτότυπο. Δεν έχει εγκριθεί ως ιατροτεχνολογικό προϊόν και δεν μπορεί να χρησιμοποιηθεί από μόνο του για τη λήψη θεραπευτικών αποφάσεων.
Τι έδειξαν οι δοκιμές
Οι ερευνητές δοκίμασαν τη συσκευή σε υγιείς εθελοντές και σε άτομα με διαβήτη τύπου 1.
Οι μετρήσεις της γλυκόζης που έδωσε το δαχτυλίδι ακολούθησαν στενά τις μεταβολές που κατέγραψαν εμπορικά συστήματα συνεχούς παρακολούθησης γλυκόζης.
Αντίστοιχα, οι τιμές των κετονών παρουσίασαν στενή συμφωνία με τις μετρήσεις εμπορικών συσκευών ανάλυσης αίματος.
Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η βιοχημική ανάλυση του ιδρώτα μπορεί να αποτυπώσει με χρήσιμο τρόπο τις μεταβολές των συγκεκριμένων δεικτών. Οι επιστήμονες χρειάζεται, ωστόσο, να επιβεβαιώσουν την ακρίβεια και την αξιοπιστία της τεχνολογίας σε πολύ μεγαλύτερο αριθμό χρηστών.
Εξατομικευμένη βαθμονόμηση για κάθε χρήστη
Η σύσταση του ιδρώτα διαφέρει από άνθρωπο σε άνθρωπο. Επηρεάζεται από την ενυδάτωση, τη θερμοκρασία, την ποσότητα του παραγόμενου ιδρώτα και τα χαρακτηριστικά του δέρματος.
Για τον λόγο αυτό, οι ερευνητές πραγματοποίησαν επαναλαμβανόμενες μετρήσεις και υπολόγισαν εξατομικευμένους συντελεστές βαθμονόμησης για κάθε συμμετέχοντα.
Οι συντελεστές αυτοί μετατρέπουν τα ηλεκτρικά σήματα των αισθητήρων σε εκτιμώμενες συγκεντρώσεις βιοδεικτών. Με αυτόν τον τρόπο, το σύστημα μπορεί να λαμβάνει υπόψη τις βιολογικές διαφορές μεταξύ των χρηστών και να παρακολουθεί με μεγαλύτερη ακρίβεια τις προσωπικές τάσεις.
Η εξατομικευμένη βαθμονόμηση θεωρείται απαραίτητη, επειδή η συγκέντρωση μιας ουσίας στον ιδρώτα δεν αντιστοιχεί πάντοτε με απλό και σταθερό τρόπο στη συγκέντρωσή της στο αίμα.
Πώς χωρούν όλα μέσα σε ένα δαχτυλίδι
Το πρωτότυπο περιλαμβάνει όλα τα απαραίτητα εξαρτήματα για τη συλλογή, την ανάλυση και τη μετάδοση των δεδομένων.
Στο ένα τμήμα του δαχτυλιδιού βρίσκονται η συστοιχία αισθητήρων, η οσμωτική υδρογέλη και το μικρορευστονικό κανάλι. Σε άλλο σημείο έχουν ενσωματωθεί η πλακέτα ηλεκτρονικών και η μπαταρία.
Η ηλεκτρονική πλακέτα έχει μέγεθος μικρότερο από ένα αμερικανικό κέρμα των 25 σεντς. Το εξωτερικό περίβλημα κατασκευάστηκε από πολυμερές μέσω τρισδιάστατης εκτύπωσης.
Τα δεδομένα μεταδίδονται ασύρματα σε εφαρμογή κινητού τηλεφώνου, όπου μπορούν να εμφανίζονται οι μεταβολές των βιοδεικτών σε πραγματικό χρόνο.
«Η ενσωμάτωση όλων αυτών των συστημάτων στη μικρή επιφάνεια ενός δαχτυλιδιού είναι εντυπωσιακή», σχολιάζει ο Γουάνγκ.
Μπαταρία για έως 12 ώρες λειτουργίας
Η συσκευή τροφοδοτείται από μια εύκαμπτη, επαναφορτιζόμενη μπαταρία ψευδαργύρου και οξειδίου του αργύρου.
Σύμφωνα με τους ερευνητές, η μπαταρία μπορεί να υποστηρίξει έως 12 ώρες λειτουργίας ανάμεσα στις φορτίσεις. Η διάρκεια αυτή θα μπορούσε να επιτρέψει την παρακολούθηση των βιοδεικτών για μεγάλο μέρος της ημέρας.
Η χαμηλή κατανάλωση επιτεύχθηκε με μικροσκοπικά ηλεκτρονικά που επεξεργάζονται τα σήματα των αισθητήρων και μεταδίδουν τα δεδομένα στο κινητό τηλέφωνο.
Μια νέα γενιά φορετών συσκευών
Η ανάπτυξη του δαχτυλιδιού δείχνει ότι οι φορετές συσκευές μπορεί να περάσουν από την καταγραφή της κίνησης και των καρδιακών παλμών στη συνεχή παρακολούθηση της βιοχημείας του σώματος.
Μια τέτοια τεχνολογία θα μπορούσε να βοηθήσει τους χρήστες να κατανοούν καλύτερα πώς επηρεάζουν τον οργανισμό τους τα γεύματα, η άσκηση, η φαρμακευτική αγωγή ή άλλες καθημερινές συνήθειες.
Θα μπορούσε επίσης να προσφέρει στους γιατρούς πρόσθετες πληροφορίες για τις μεταβολές που εμφανίζονται μεταξύ δύο κλινικών επισκέψεων.
Για να φτάσει, όμως, στην καθημερινή ιατρική χρήση, η συσκευή πρέπει να περάσει από μεγαλύτερες κλινικές μελέτες, τεχνικές βελτιώσεις και αυστηρή ρυθμιστική αξιολόγηση.
Οι επιστήμονες θα χρειαστεί να εξετάσουν την ακρίβεια σε διαφορετικές ηλικίες και πληθυσμούς, τη διάρκεια ζωής των αισθητήρων, την απόδοση σε διαφορετικές περιβαλλοντικές συνθήκες και τη μακροχρόνια αντοχή του συστήματος.
Σημαντικό βήμα, αλλά όχι ακόμη υποκατάστατο των εξετάσεων
Το έξυπνο δαχτυλίδι δεν αντικαθιστά σήμερα τις εγκεκριμένες συσκευές συνεχούς παρακολούθησης γλυκόζης, τους μετρητές κετονών ή τις εργαστηριακές εξετάσεις.
Αποδεικνύει, όμως, ότι η συνεχής, μη επεμβατική και ταυτόχρονη παρακολούθηση πολλών χημικών δεικτών μπορεί να ενσωματωθεί σε μια μικρή φορετή συσκευή.
Η πραγματική αξία της τεχνολογίας θα κριθεί από το κατά πόσο οι μετρήσεις μπορούν να μετατραπούν σε αξιόπιστες και κλινικά χρήσιμες πληροφορίες.
Εφόσον οι επόμενες μελέτες επιβεβαιώσουν τα αρχικά αποτελέσματα, τα έξυπνα δαχτυλίδια του μέλλοντος δεν θα καταγράφουν μόνο τον ύπνο και τη σωματική δραστηριότητα. Θα μπορούν να προσφέρουν μια συνεχώς ανανεούμενη εικόνα του μεταβολισμού και της βιοχημείας του οργανισμού.
Κάντε like στη σελίδα μας στο facebook για να μαθαίνετε όλα τα νέα
Διαβάστε επίσης
FDA: Πράσινο φως στο πρώτο OTC σύστημα συνεχούς παρακολούθησης γλυκόζης
Διαβήτης: Έκκληση για αποζημίωση της συνεχούς καταγραφής γλυκόζης
