Un inel inteligent analizează în timp real mai mulți biomarkeri din transpirație
Un prototip de inel inteligent, capabil să analizeze transpirația în timp real, ar putea extinde monitorizarea sănătății prin dispozitive purtabile dincolo de metricile de fitness, oferind cercetătorilor o viziune asupra modului în care viitoarele dispozitive ar putea monitoriza continuu biomarkerii metabolici cheie fără necesitatea testelor de sânge repetate.
Un inel inteligent prototip care urmărește continuu mai mulți biomarkeri biochimici din transpirație ar putea aduce monitorizarea metabolică de tip laborator pe degetul utilizatorului. Dispozitivul purtabil poate măsura simultan până la patru biomarkeri, inclusiv glucoză, cetone, acid uric, lactat, acid ascorbic și alcool, oferind informații în timp real despre sănătatea metabolică. Studiul este publicat în Nature Communications.
Inelurile inteligente purtabile câștigă popularitate la nivel mondial, în principal datorită caracteristicilor personalizabile, designului compact și confortului de utilizare. Mai multe companii mari dezvoltă inele inteligente care pot monitoriza simultan diverși parametrii biofizici, inclusiv temperatura pielii, tiparele de somn, variabilitatea frecvenței cardiace, caloriile și nivelurile de oxigen din sânge.
Aceste inele inteligente, folosite în principal ca dispozitive de urmărire a bunăstării și fitness-ului, pot alerta utilizatorii cu privire la posibile anomalii de sănătate. Cu toate acestea, aceste dispozitive oferă doar informații fiziologice, lipsind funcțiile necesare pentru a urmări modificările moleculare și metabolice care influențează sănătatea fiziologică.
Cercetătorii de la Universitatea California San Diego au dezvoltat și validat un Modul de Analiză Continuă a Sănătății, cunoscut sub numele de CHARM, un inel inteligent purtabil, compact, capabil de monitorizare continuă în timp real a mai multor biomarkeri din transpirație.
Măsurarea continuă a biomarkerilor este esențială pentru obținerea unor informații personalizate și la timp, deoarece măsurătorile episodice nu reușesc adesea să detecteze dinamica biomoleculară rapidă, critică pentru rezultatele favorabile sau adverse ale sănătății.
CHARM este un dispozitiv smart de dimensiuni reduse, cu un diametru exterior de 3 centimetri, care poate fi purtat confortabil pe deget. Dispozitivul poate măsura mai mulți biomarkeri biochimici, inclusiv glucoză, cetone, acid ascorbic, acid uric, lactat și alcool din transpirație, care este colectată pasiv de la suprafața pielii printr-un hidrogel osmotic ce creează un gradient de presiune, fără a necesita exerciții fizice sau stimulare electrică.
Această soluție integrată conține toți senzorii necesari pentru biomarkeri, electronice cu consum redus de energie și o baterie flexibilă. Compartimentul stâng al dispozitivului este conceput pentru a extrage transpirația pasiv, utilizând un hidrogel osmotic, un polimer moale care creează un gradient de presiune pentru a trasa fluidul de la piele fără durere.
Transpirația este apoi analizată de o serie de senzori electrochimici multipli în același compartiment, permițând urmărirea simultană și în timp real a patru biomarkeri deodată. Cercetătorii au stabilit factori de calibrare specifici pentru subiecți prin măsurători repetate pentru a converti curentul senzorului măsurat la locația inelului în valori estimate de concentrație echivalente cu cele din sânge. Acești factori de calibrare permit o mai bună înțelegere personalizată a tendințelor biomarkerilor. În experimentele repetate cu patch-uri de senzori recent pregătite, această calibrare personalizată a rămas stabilă timp de până la două luni.
Compartimentul din dreapta al dispozitivului conține o baterie reîncărcabilă flexibilă de zinc-oxid argint care furnizează energie pentru până la 12 ore de funcționare între încărcări. Informațiile despre biomarkeri generate prin senzori sunt transferate wireless către un dispozitiv conectat prin Bluetooth pentru a fi afișate în timp real; experimentele prototipului au utilizat o interfață MATLAB personalizată, mai degrabă decât o aplicație smartphone consumator.
Eficiența monitorizării biomarkerilor CHARM a fost validată în condiții diverse. Rezultatele au indicat că dispozitivul a funcționat bine în testele inițiale de temperatură, citotoxicitate și compatibilitate pe corp. De asemenea, a demonstrat o precizie analitică ridicată în studii preliminare implicând participanți sănătoși și indivizi cu diabet de tip 1, subliniind potențialul său pentru monitorizarea metabolică non-invazivă.
Cercetătorii au examinat schimbarea relativă a curentului senzorului și concentrația din sânge în urma unui stimul specific și au folosit un model personalizat de calibrare pentru a converti curentul senzorului măsurat în timp într-o estimare a concentrației de glucoză din sânge corespunzătoare, bazată pe măsurătorile transpirației.
Concentrația estimată a glucozei din sânge, bazată pe transpirație, a arătat o diferență medie absolută relativă de aproximativ 13,7% în raport cu valorile corespunzătoare din sânge. Ceilalți biomarkeri au arătat, de asemenea, corelații puternice cu profilurile lor sanguine respective, subliniind eficiența dispozitivului ca o abordare promițătoare de monitorizare minim invazivă, bazată pe transpirație, deși studiul a implicat un număr limitat de participanți și sunt necesare studii clinice mai ample.
Studiul descrie dezvoltarea și validarea unui inel inteligent purtabil, compact și ușor de utilizat, CHARM, care prezintă o precizie ridicată în urmărirea simultană a mai multor biomarkeri din transpirație în timp real, reprezentând o platformă promițătoare pentru sănătatea metabolică, gestionarea diabetului, monitorizarea bolilor și urmărirea nutrițională. Monitorizarea continuă a glucozei și cetonelor ar putea oferi informații suplimentare pentru a susține deciziile legate de gestionarea diabetului în viitor. Totuși, dispozitivul nu a fost evaluat pentru dozarea insulinei sau terapia în circuit închis.
Notabil este că arhitectura senzor–microfluidică integrată utilizată în dispozitiv a menținut coeficienții de calibrare specifici participanților timp de aproximativ două luni în testele repetate cu patch-uri de senzori recent pregătite. Acest lucru sugerează că recalibrările frecvente ar putea fi reduse în viitor, deși sistemul se bazează în continuare pe măsurători de referință inițiale și necesită o validare suplimentară în condiții reale mai variate.
Cercetătorii consideră că dispozitivul poate fi îmbunătățit, făcându-l mai rezistent la apă. Acest lucru poate fi realizat prin modificarea designului cu balama închisă într-o configurație concentrică complet închisă, în care toate componentele ar fi sigilate într-o husă confortabilă, elastică, asemănătoare cauciucului.
Cercetătorii nu au luat în considerare corecția lagului fiziologic între biomarkerii din sânge și transpirație. Cu toate acestea, ei au menționat că, așa cum este folosit în mod obișnuit în monitoarele continue de glucoză comerciale, algoritmii de corecție a întârzierii pot fi implementați cu ușurință în circuitul electronic al acestui dispozitiv.
Dispozitivul necesită o validare suplimentară în diverse setări clinice și în rând
