Sudore-Test-Immagine: il dispositivo è in grado di somministrare farmaci per l’induzione del sudore e monitorarne i biomarcatori simultaneamente (Credit: Korea Institute of Science and Technology).
Il sudore eccrino può servire come fonte di biomarcatori per valutare la salute fisiologica e l’equilibrio nutrizionale, per monitorare la perdita di specie essenziali dal corpo e per valutare l’esposizione a sostanze pericolose.
Il crescente interesse per questa classe di biofluidi relativamente sottoesplorata deriva in parte dalla sua capacità non invasiva di cattura e analisi. I dispositivi più semplici e gli unici disponibili in commercio, sfruttano costrutti microfluidici morbidi e test colorimetrici con modalità operative puramente passive.
Le piattaforme più sofisticate sfruttano batterie, componenti elettronici e hardware radio per indurre il sudore, per la valutazione elettrochimica del suo contenuto e per la trasmissione wireless di queste informazioni. Il lavoro qui riportato introduce una tecnologia che combina i vantaggi di questi due diversi approcci, sotto forma di un dispositivo economico e facile da usare che supporta la valutazione su richiesta di più biomarcatori nel sudore. Questo sistema flessibile, miniaturizzato e interfacciato con la pelle incorpora un idrogel che contiene un farmaco approvato per attivare le ghiandole sudoripare eccrine, elettrodi e un semplice circuito e una batteria per rilasciare questo farmaco mediante ionoforesi attraverso la superficie della pelle, canali microfluidici e microserbatoi per catturare l’energia sudore indotto e test colorimetrici multipli per valutare le concentrazioni di cloruro, zinco e ferro.
Come dimostrato in partecipanti umani sani monitorati prima e dopo un pasto, tali dispositivi producono risultati che corrispondono a quelli delle tradizionali tecniche di analisi di laboratorio. Studi clinici che coinvolgono pazienti pediatrici affetti da fibrosi cistica illustrano l’uso di questa tecnologia come alternativa semplice, indolore e affidabile ai tradizionali sistemi ospedalieri per la misurazione del cloruro nel sudore.
La valutazione della concentrazione di ioni cloruro nel sudore è il principale test diagnostico per la fibrosi cistica, comunemente utilizzato nello screening neonatale (Beauchamp e Lands, 2005). Il rilevamento di valori elevati di cloruro effettuato tramite il sudore raccolto da un paziente e poi trasferito in un cloridometro per l’analisi rappresenta lo standard clinico. Questo test può essere utilizzato anche per monitorare la progressione della condizione di fibrosi cistica e per guidare tempestivi aggiustamenti ai regimi di trattamento.
Sebbene la sudorazione possa essere indotta dall’esercizio fisico o dall’esposizione ad ambienti caldi e umidi (ad esempio, una doccia o un bagno con acqua calda), queste opzioni generalmente non sono adatte ai neonati o la maggior parte dei pazienti pediatrici. Un’alternativa attraente e comunemente usata si basa sulla ionoforesi come processo sicuro, semplice e indolore per somministrare farmaci che stimolano l’azione delle ghiandole eccrine attraverso la superficie della pelle in modo non invasivo. I sistemi clinici standard si basano su hardware rigido e ingombrante fissato saldamente alla superficie della pelle per catturare il sudore in tubi a spirale dopo l’induzione con coppie separate di elettrodi e alimentatori (“CF Sweat Testing”, nd). Il costo e la complessità di questo approccio e la conseguente necessità di operatori addestrati per eseguire le procedure richieste ne limitano l’uso alle strutture ospedaliere specializzate. Questo hardware di test si applica anche solo alla misurazione del cloruro, senza opzioni nella valutazione di altri biomarcatori di potenziale rilevanza per lo stato dei pazienti affetti da fibrosi cistica.
Qui riportiamo una piattaforma indossabile miniaturizzata con interfaccia cutanea che combina i principali vantaggi di questi due approcci distinti, con dimostrazioni rilevanti per i test per la fibrosi cistica e per la cura dei pazienti con questa condizione, ma con una gamma molto più ampia di potenziali applicazioni. Il dispositivo combina un semplice circuito elettronico, un interruttore manuale, elettrodi, idrogel che includono pilocarpina, biosensori colorimetrici, canali microfluidici e microserbatoi, il tutto all’interno di una struttura incapsulante morbida e flessibile. Questa piattaforma miniaturizzata richiede solo un volume di microlitri di sudore, consentendo così un rapido monitoraggio quantitativo di vari biomarcatori da piccole regioni della pelle.
Questa caratteristica rappresenta un progresso significativo rispetto ai metodi clinici standard, che spesso richiedono volumi relativamente grandi di sudore e procedure complesse. Inoltre, il dispositivo offre maggiore portabilità e comodità, poiché è compatto e indossabile senza imporre un onere significativo all’utente. Nelle dimostrazioni qui riportate, la piattaforma include microserbatoi separati e analisi non solo per il cloruro, un indicatore essenziale per la fibrosi cistica, ma anche per lo zinco e il ferro come specie per monitorare le carenze nutrizionali che molti pazienti affetti da fibrosi cistica sperimentano a causa di problemi digestivi e malassorbimento.
Gli studi di fattibilità includono il monitoraggio di queste specie in cinque soggetti umani prima e dopo un pasto, con confronti con i risultati delle analisi di laboratorio standard. Ulteriore lavoro include lo screening di cinque pazienti pediatrici affetti da fibrosi cistica, per confrontare la semplicità del funzionamento, l’affidabilità della valutazione e l’accuratezza delle misurazioni quantitative del cloruro rispetto ai sistemi clinici standard utilizzati a questo scopo in ambito ospedaliero.
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Conclusione
Questo rapporto introduce una piattaforma microfluidica morbida miniaturizzata con interfaccia cutanea in grado di monitorare le concentrazioni di cloruro, zinco e ferro nel sudore, come parametri rilevanti per lo screening della fibrosi cistica e il monitoraggio della salute dei pazienti affetti da questa malattia. I test colorimetrici forniscono la base per le misurazioni di questi biomarcatori in microserbatoi pieni di sudore stimolato dalla somministrazione iontoforetica di pilocarpina attraverso la pelle utilizzando un sistema elettronico compatto e semplice.
Fonte: Biosensors & Bioelectronics
