(Esaurimento-Immagine Credit Public Domain).
Gli ingegneri dell’EPFL, in collaborazione con la startup Xsensio, hanno sviluppato un chip di rilevamento indossabile in grado di diagnosticare una situazione di esaurimento grazie alla possibilità di misurare la concentrazione di cortisolo, l’ormone dello stress, nel sudore umano. Consentendo un futuro monitoraggio quasi continuo, il loro dispositivo può finalmente aiutare i medici a comprendere e trattare meglio le condizioni legate allo stress come il burnout e l’obesità.
A un certo punto ci siamo sentiti tutti stressati, nella nostra vita personale o professionale o in risposta a circostanze eccezionali come la pandemia COVID-19. Ma fino ad ora non è stato possibile quantificare i livelli di stress in modo obiettivo.
Ciò potrebbe presto cambiare grazie a un piccolo sensore indossabile sviluppato dagli ingegneri del Nanoelectronic Devices Laboratory (Nanolab) dell’EPFL e di Xsensio. Il dispositivo ha il potenziale per essere posizionato direttamente sulla pelle di un paziente in un cerotto indossabile e, in futuro, per misurare quasi continuamente la concentrazione di cortisolo, il principale biomarcatore dello stress, nel sudore del paziente.
Cortisolo: un’arma a doppio taglio
Il cortisolo è un ormone steroideo prodotto dalle nostre ghiandole surrenali a partire dal colesterolo. La sua secrezione è controllata dall’ormone adrenocorticotropo (ACTH), prodotto dalla ghiandola pituitaria. Il cortisolo svolge funzioni essenziali nel nostro corpo, come la regolazione del metabolismo, i livelli di zucchero nel sangue e la pressione sanguigna; colpisce anche il sistema immunitario e le funzioni cardiovascolari.
Quando siamo in una situazione stressante, pericolosa per la vita o banale, il cortisolo è l’ormone che prende il sopravvento. Istruisce i nostri corpi a dirigere l’energia necessaria al nostro cervello, muscoli e cuore. “Il cortisolo può essere secreto su impulso: ti senti bene e all’improvviso accade qualcosa che ti mette sotto stress e il tuo corpo inizia a produrre più ormoni”, afferma Adrian Ionescu, capo di Nanolab.
Anche se il cortisolo aiuta il nostro corpo a rispondere a situazioni stressanti, in realtà è un’arma a doppio taglio. Di solito viene secreto durante il giorno secondo un ritmo circadiano, con un picco tra le 6:00 e le 8:00 per poi diminuire gradualmente nel pomeriggio e la sera. “Ma nelle persone che soffrono di malattie legate allo stress, questo ritmo circadiano viene completamente annullato”, afferma Ionescu. “E se il corpo produce troppo o non abbastanza cortisolo, ciò può danneggiare seriamente la salute di un individuo, portando potenzialmente a obesità, malattie cardiovascolari, depressione o esaurimento.”
Catturare l’ormone per misurarlo
Gli esami del sangue possono essere utilizzati per effettuare misurazioni istantanee dei livelli di cortisolo dei pazienti. Tuttavia, quantità rilevabili di cortisolo possono essere trovate anche nella saliva, nelle urine e nel sudore. Il team di Ionescu presso Nanolab ha deciso di concentrarsi sul sudore come fluido di rilevamento e ha sviluppato un cerotto intelligente indossabile con un sensore miniaturizzato.
Il cerotto contiene un transistor e un elettrodo in grafene che, grazie alle sue proprietà uniche, offre un’elevata sensibilità e limiti di rilevamento molto bassi. Il grafene viene funzionalizzato attraverso aptameri, che sono brevi frammenti di DNA o RNA a filamento singolo che possono legarsi a composti specifici. L’aptamero nel patch EPFL porta una carica negativa; quando viene a contatto con il cortisolo, cattura immediatamente l’ormone, facendo ripiegare i fili su se stessi e avvicinando la carica alla superficie dell’elettrodo. Il dispositivo rileva quindi la carica ed è quindi in grado di misurare la concentrazione di cortisolo nel sudore di chi lo indossa.
Finora, nessun altro sistema è stato sviluppato per il monitoraggio continuo delle concentrazioni di cortisolo durante tutto il ciclo circadiano. “Questo è il vantaggio chiave e la caratteristica innovativa del nostro dispositivo. Poiché può essere indossato, gli scienziati possono raccogliere dati quantitativi e oggettivi su alcune malattie legate allo stress. E possono farlo in modo non invasivo, preciso e istantaneo su tutta la gamma di concentrazioni di cortisolo nel sudore umano “, afferma Ionescu.
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L’ingegneria ha migliorato l’assistenza sanitaria
Gli ingegneri hanno testato il loro dispositivo sul Lab-on-Skin TM proprietario di Xsensio piattaforma; il prossimo passo sarà metterlo nelle mani degli operatori sanitari. Esmeralda Megally, CEO di Xsensio, afferma: “Il team di ricerca e sviluppo congiunto di EPFL e Xsensio ha raggiunto un’importante pietra miliare di ricerca e sviluppo nella rilevazione dell’ormone cortisolo. Non vediamo l’ora di testare questo nuovo sensore in un ambiente ospedaliero e di sbloccare nuove informazioni su come funziona il nostro corpo “. Il team ha organizzato un progetto ponte con la Prof.Nelly Pitteloud, capo di endocrinologia, diabete e metabolismo presso l’Ospedale universitario di Losanna (CHUV), affinché il suo personale provi il sistema di monitoraggio continuo del cortisolo su pazienti umani. Questi studi coinvolgeranno individui sani e persone che soffrono della sindrome di Cushing (quando il corpo produce troppo cortisolo), del morbo di Addison (quando il corpo non produce abbastanza) e dell’obesità correlata allo stress.
E per quanto riguarda le malattie psicologiche causate da troppo stress? “Per ora, vengono valutate solo sulla base delle percezioni e degli stati d’animo dei pazienti, che sono spesso soggettivi”, afferma Ionescu. “Quindi avere un sensore indossabile affidabile può aiutare i medici a quantificare oggettivamente se un paziente soffre di depressione o burnout, ad esempio, e se il loro trattamento è efficace. Inoltre, i medici avrebbero queste informazioni in tempo reale. Ciò segnerebbe un importante passo avanti nella comprensione di queste malattie “. E chissà, forse un giorno questa tecnologia sarà incorporata nei braccialetti intelligenti. “La fase successiva si concentrerà sullo sviluppo del prodotto per trasformare questa entusiasmante invenzione in una parte fondamentale della nostra piattaforma di rilevamento Lab-on-Skin TM e portare il monitoraggio dello stress ai dispositivi indossabili di prossima generazione”, afferma Megally.
Fonte:EPFL
