Носимий біодатчик визначає рівень репродуктивних гормонів
Дослідники Каліфорнійського технологічного інституту розробили кільце-біосенсор, що носиться, для моніторингу рівня гормону естрадіолу в поті. Технологія полягає в аптамерах — фрагментах ДНК, спроектованих зв’язування з естрогеном. Цей неінвазивний метод дає змогу відстежувати гормональні зміни в режимі реального часу. Датчик зміг виявити невеликі концентрації естрадіолу в штучному поті за 10 хвилин і показав ефективність під час випробувань на жінок. Кільце може стати корисним інструментом для відстеження фертильності, жіночого здоров’я та інших аспектів гормонального балансу.
Людям, яким потрібен контроль рівня гормонів, доводиться їздити до клінік для здачі аналізів крові або відправляти зразки, зібрані вдома, до лабораторії. Але ці методи, як правило, інвазивні та забирають багато часу. Аналіз крові залишається золотим стандартом, але дослідники звертають все більше уваги на інші рідини організму і медичну інформацію, що міститься в них. Наприклад, у поті присутні клінічно значущі біомаркери, але у надзвичайно низьких концентраціях. Досі не було розроблено жодних датчиків або пристроїв, що носяться, спеціально націлених на репродуктивні гормони поту. Наприклад, на естрадіол, гормон із групи естрогенів, який відіграє ключову роль у фертильності та жіночому здоров’ї.
На відміну більшості біосенсорів, які використовують антитіла чи ферменти виявлення білків, нова технологія спирається на аптамери. Це короткі фрагменти одноланцюгової ДНК або РНК, які пов’язуються з різними цілями від дрібних молекул до токсинів. Аптамери набагато менші за розміром і можуть бути створені хімічним шляхом без використання лабораторних тварин. Раніше дослідники розробили аптамери для виявлення кортизолу, серотоніну, кофеїну та навіть деяких видів раку.
Для створення датчика естрадіолу дослідники розробили два взаємодіючі шари матеріалу. Перший шар є інтерфейсом, покритим аптамерами, здатними розпізнавати естрадіол. Другий шар — це електрод, що складається з наночастинок золота і покритий матеріалом під назвою MXene, який посилює слабкі електричні сигнали. В аптамери заздалегідь впроваджено одноланцюжкову ДНК, позначену метиленовим синім — барвником, який є електрохімічним зондом.
При розміщенні на пальці біосенсор генерує невеликий струм, що запускає вироблення поту, а потім рідину втягує в крихітний резервуар для аналізу. Коли піт заповнює камеру, аптамери обмінюють ланцюга ДНК, помічені метиленовим синім, на естрадіол. Потім рівні метиленового синього на електроді перетворюються на остаточні вимірювання рівня естрогену. Датчик зміг виявити естрадіол у штучному поті за 10 хвилин у концентрації всього 140 наномолей, що приблизно відповідає нормі у поті у людини. Кільце також включає датчики, які відстежують температуру шкіри, pH і концентрацію солей в поті, що дозволяє калібрувати показники гормонів в режимі реального часу і відображати їх на смартфоні.
Після перевірки датчика на синтетичному поті вчені надали його п’ятьом жінкам для відстеження їхнього менструального циклу. У двох жінок також брали аналізи крові порівняння з показниками поту. Обидва типи зразків змінювалися однаково і відповідали очікуваному патерну — рівень естрадіолу зазвичай збільшується на початку циклу і досягає піку перед овуляцією. Після виходу яйцеклітини відбувається вторинний підйом. Але вчені зазначають, що розмір вибірки був невеликим.
Кільце, створене для моніторингу менструального циклу, може бути корисним для відстеження рівня естрогену в контексті впливу на лібідо, еректильну функцію і сперматогенез. Цей датчик також може стати в нагоді для людей, які проходять гормональну терапію. Вчені планують розробити датчики, які здатні одночасно безперервно відстежувати кілька гормонів з використанням аптамерів. Наразі вони займаються комерціалізацією набору біосенсорів на основі поту.
