Istraživači na Inženjerskom koledžu Državnog univerziteta u Oregonu razvili su ručni senzor koji testira znojenje na kortizol i daje rezultate za osam minuta, što je ključni napredak u praćenju hormona čiji su nivoi marker za mnoge bolesti, uključujući različite vrste raka.
Nalazi su objavljeni u časopisu ACS Applied Materials & Interfaces. Materijal i mehanizam senzora u novom uređaju mogu se lako konstruisati da otkriju druge specifične hormone, kažu istraživači – na primer, progesteron, ključni marker za reproduktivno zdravlje žena i ishode trudnoće.
„Inspiraciju smo dobili od prirodnih enzima koji se koriste u meračima glukoze u krvi koji se prodaju u apotekama“, rekao je Lari Čeng, vanredni profesor elektrotehnike i računarstva. „U meračima glukoze, specifični enzimi se primenjuju na elektrodu, gde mogu da uhvate i reaguju sa molekulima glukoze kako bi generisali električni signal za detekciju. Međutim, pronalaženje prirodnih enzima za detekciju kortizola nije jednostavno, a prirodni enzimi su skloni nestabilnosti i imaju kratak životni vek.“
Enzimi su supstance koje proizvode živi organizmi i deluju kao katalizatori biohemijskih reakcija. Da bi prevazišli izazove koje postavljaju prirodni enzimi, Cheng i Sanjida Ieasmin, doktorant koji je vodio studiju, stvorili su stabilan, robustan veštački enzim sposoban za osetljivo i selektivno detektovanje kortizola.
Kortizol je hormon koji se proizvodi u nadbubrežnim žlezdama. Hormoni su hemijski prenosioci tela, a kortizol je jedan od steroidnih hormona, zajedno sa androgenima, estrogenima i progestinima. Steroidni hormoni igraju ulogu u nekoliko fizioloških procesa uključujući seksualni razvoj.
Među svojim poslovima, kortizol pomaže u borbi protiv infekcija, održava krvni pritisak i reguliše šećer u krvi i metabolizam, a nadimak mu je i „hormon stresa“ jer se oslobađa kada se ljudi nađu pod pritiskom.
Kortizol je koristan za suočavanje sa stresom u kratkom roku, ali produženi periodi visokog nivoa kortizola mogu imati štetne efekte na telo, kao što je povećan rizik od anksioznosti, depresije i srčanih bolesti.
„Kod zdrave osobe, nivoi kortizola rastu i padaju u zavisnosti od vremena tokom dana“, rekao je Ieasmin. „Oni su obično veći ujutru i niži noću – to znači da ako ćete efikasno pratiti kortizol, potrebno je brzo i često merenje.“
Nivo kortizola se najčešće otkriva testiranjem krvi ili urina u klinici, „što zahteva laboratorijsku opremu i obučeno osoblje i potrebno je više od 30 minuta da se završi merenje“, rekla je ona. „Pored toga, pacijenti obično moraju da čekaju više od dva dana da dobiju rezultate.“
Da bi rešili te probleme, Ieasmin i Cheng su kreirali „senzor za imitaciju enzima“ koji izbegava najskuplje i dugotrajnije elemente konvencionalnog testiranja kortizola.
„Ovaj senzor je bez prirodnih enzima, bez etiketa i bez redoks signalne sonde“, rekao je Ieasmin. „To je robustan i integrisan senzor koji se može primeniti za aplikacije na mestu pružanja nege—kao pored nečijeg kreveta, van laboratorije—pa čak i za aplikacije koje se mogu nositi. Naš novi senzor je osetljiviji i selektivniji od većine prijavljenih senzora i, dakle, pouzdaniji za praćenje hormona stresa.“
Veštački enzim je poseban polimer sa malim prostorima koji su oblikovani tako da odgovaraju samo molekulima kortizola. Ovi prostori su okruženi katalizatorima koji teraju kortizol da reaguje, proizvodeći električne signale. Merenjem signala može se odrediti količina prisutnog kortizola, važnog dijagnostičkog alata.
Nivo kortizola koji je previsok ili nizak može ukazivati na poremećaj nadbubrežne žlezde kao što je Addisonova bolest, koju karakteriše bol u stomaku, abnormalni menstrualni periodi, dehidracija, mučnina i razdražljivost, ili Cushingov sindrom, koji može izazvati povećanje telesne težine, promene raspoloženja, slabost mišića i dijabetes .
„Senzor može da otkrije nivoe kortizola u znoju u roku od nekoliko minuta, čak i kada su obično 10.000 puta manje koncentrisani od nivoa glukoze u krvi“, rekao je Čeng. „Veštački enzim koji se koristi u ovoj tehnologiji otvara nove puteve za razvoj budućih nosivih senzora za praćenje zdravlja.“
