Lentile de contact inteligente care măsoară nivelul de stres prin analiza lacrimilor umane
O echipă de cercetare condusă de Dr. Yangzhi Zhu, Principal Investigator și Assistant Professor la Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI), a dezvoltat o lentilă de contact inteligentă, moale și reutilizabilă, parte a unei platforme denumite Ocular Library for the Analysis of Tear Biomarkers (OCULAB), care permite monitorizarea biochimică noninvazivă prin analiza lacrimilor.
Stresul afectează numeroase aspecte ale sănătății fizice și mentale, iar monitorizarea obiectivă a schimbărilor fiziologice asociate cu stresul poate fi dificilă. Serotonina, un important mediator în reglarea stării de spirit și fiziologia stresului, este prezentă în lacrimi, ceea ce face ca fluidul lacrimal să fie o sursă atractivă de informații biochimice minim invazive. Studiul inițial a avut ca scop investigarea capacității unei platforme bioelectronice oculare de a detecta sensibil serotonina în acest biofluid dinamic.
Dispozitivul, numit lab-on-a-contact-lens, integrează un senzor flexibil, subțire, într-o lentilă de contact standard. Senzorul utilizează un compus numit ferrocene, care reacționează cu serotonina, generând un semnal electric mic ce poate fi măsurat și convertit într-o citire a concentrației. Studiul publicat în Science Translational Medicine a demonstrat că senzorul poate detecta serotonina la concentrații de până la 72 picomolari, o sensibilitate de aproximativ 200 de ori mai mare decât cea necesară pentru a măsura serotonina din lacrimile umane, permițând identificarea schimbărilor subtile.
Într-un model murin de stres cronic, concentrațiile de serotonină din lacrimi au scăzut, în timp ce cortizolul, un hormon bine cunoscut al stresului, a crescut atât în sânge, cât și în lacrimi, reflectând tipare observate în cercetările anterioare pe oameni. Un studiu pilot pe un grup mic de 10 voluntari, realizat în timpul unui test de stres standardizat, a arătat un pattern similar, cu niveluri de serotonină scăzute în timpul sarcinii stresante, revenind ulterior la valorile inițiale. De asemenea, lentila a menținut citiri precise pe parcursul a până la 400 de utilizări în decurs de câteva zile, sugerând că poate fi reutilizată.
Lacrimile oferă mai multe informații despre corpul nostru decât majoritatea oamenilor își imaginează. Această lentilă permite accesarea unor astfel de informații fără a fi necesare ace sau vizite la laborator, direct dintr-un obiect pe care oamenii îl poartă deja.
„Ochiul oferă o fereastră unică asupra fiziologiei oculare și sistemice”, a afirmat Dr. Yangzhi Zhu. „Prin programul nostru de bioelectronică oculară, dezvoltăm dispozitive oculare moi care pot transforma filmul lacrimal într-o sursă de informații biochimice pe termen lung. Serotonina este un important obiectiv de dovadă, dar scopul mai larg este de a construi sisteme oculare purtabile capabile să monitorizeze multiple biomarkeri și semnale fiziologice de-a lungul timpului.”
Următorul pas al echipei este trecerea de la platforma actuală conectată la laborator către un sistem purtabil complet integrat. Aceștia intenționează să integreze componente wireless, astfel încât versiunea viitoare a lentilei să poată obține și transmite citiri în timp real în timpul purtării, fără a necesita colectarea și analiza ulterioară a probelor de lacrimi. Studiile umane mai mari și mai diverse vor fi, de asemenea, necesare pentru a determina modul în care serotonina din lacrimi se corelează cu stresul și sănătatea mentală în diverse populații. Stabilitatea pe termen lung a senzorului, calibrarea în mediul dinamic al lacrimilor, confortul, reproducibilitatea în fabricare și siguranța extinsă în utilizarea pe ochi vor trebui, de asemenea, stabilite înainte ca tehnologia să poată fi utilizată clinic.
Într-o notă mai generală, această cercetare stabilește un cadru pentru bioelectronică oculară, integrarea electronicelor moi, a senzorilor biochimici și a tehnologiilor purtabile cu suprafața oculară și filmul lacrimal. În loc să privească lentila de contact doar ca pe un dispozitiv optic, cercetătorii o consideră o potențială interfață pentru accesarea continuă a informațiilor fiziologice într-un mod minim invaziv.
„Viziunea noastră pe termen lung nu este doar de a construi o lentilă de contact inteligentă care să măsoare o singură moleculă”, a declarat Dr. Yangzhi Zhu. „Dorim să stabilim bioelectronică lacrimală ca o platformă mai largă pentru înțelegerea fiziologiei dinamice prin intermediul ochiului și, în cele din urmă, pentru a permite abordări mai personalizate și longitudinale în monitorizarea sănătății.”
Prin integrarea materialelor de lentile de contact moi, biosenzorilor electrochimici, electronicelor flexibile și viitoarelor capacități wireless, OCULAB reprezintă un efort mai amplu de a transforma suprafața oculară într-o interfață noninvazivă între corpul uman și tehnologiile de sănătate digitale.
