Estratto
Dopo aver rivoluzionato il monitoraggio della glicemia, i biosensori indossabili puntano ora agli ormoni. Un gruppo di ricerca del California Institute of Technology ha sviluppato un innovativo sensore a microaghi capace di misurare continuamente biomarcatori ormonali nel fluido interstiziale, mantenendo l’accuratezza anche durante l’attività fisica. È un risultato che potrebbe cambiare profondamente il modo di seguire molte patologie endocrine.
Dopo il glucosio arriva l’era degli ormoni
Negli ultimi vent’anni il monitoraggio continuo del glucosio ha trasformato la vita delle persone con diabete. Quello che un tempo richiedeva numerose punture quotidiane oggi può essere seguito in tempo reale grazie a sensori indossabili.
Ma il glucosio rappresenta soltanto una piccola parte del linguaggio biochimico del nostro organismo.
Ogni giorno il nostro corpo produce oscillazioni continue di cortisolo, estrogeni, progesterone, testosterone e numerosi altri ormoni che regolano metabolismo, fertilità, stress, infiammazione e perfino il sonno.
Finora seguirli in modo continuo era praticamente impossibile.
Il nuovo lavoro pubblicato su Nature Nanotechnology dal gruppo guidato da Wei Gao al Caltech apre una strada completamente nuova: monitorare questi segnali biologici direttamente sotto la pelle, ventiquattr’ore su ventiquattro, anche mentre camminiamo, corriamo o lavoriamo. (Nature)
Come funziona il sensore
Il dispositivo utilizza una matrice di microaghi estremamente piccoli.
Questi microaghi penetrano soltanto gli strati più superficiali della pelle, senza raggiungere terminazioni nervose profonde, risultando praticamente indolori.
Il bersaglio non è il sangue, bensì il fluido interstiziale, il liquido che circonda le cellule e che contiene una grande quantità di informazioni biologiche.
È lo stesso compartimento già utilizzato dai moderni sensori glicemici, ma in questo caso la sfida era molto più complessa.
Gli ormoni sono presenti in concentrazioni molto inferiori rispetto al glucosio e richiedono sensori estremamente sensibili e stabili nel tempo. (Nature)
Il problema del movimento
Il principale ostacolo della sensoristica indossabile non è sempre chimico.
Spesso è meccanico.
Quando una persona corre, si piega o semplicemente cammina, la pelle si deforma continuamente.
Queste deformazioni alterano il contatto tra sensore e tessuti, generando rumore nei segnali e misurazioni meno affidabili.
Il gruppo del Caltech ha affrontato il problema introducendo una struttura definita “strain-isolated”, cioè isolata dalle deformazioni meccaniche.
In pratica la parte sensibile del biosensore rimane protetta dalle tensioni generate dal movimento corporeo.
Il risultato è una misurazione stabile anche durante attività fisica intensa, uno dei limiti che finora aveva frenato lo sviluppo di biosensori ormonali realmente utilizzabili nella vita quotidiana. (Nature)
Perché è un risultato importante
L’interesse non riguarda soltanto la ricerca.
Le possibili applicazioni cliniche sono moltissime.
Tra le principali:
- monitoraggio dello stress attraverso il cortisolo;
- medicina della fertilità;
- endocrinologia;
- medicina dello sport;
- follow-up delle terapie ormonali;
- medicina personalizzata.
In futuro questi dispositivi potrebbero consentire di osservare non soltanto il valore di un ormone, ma anche la sua dinamica durante l’intera giornata.
È un’informazione molto più ricca di quella ottenuta con un singolo prelievo di sangue.
Oltre il glucosio, verso un laboratorio sulla pelle
Negli ultimi anni il laboratorio di Wei Gao ha costruito una delle piattaforme più avanzate nel settore dei biosensori indossabili.
Prima sono arrivati i sensori per il sudore.
Poi quelli per l’infiammazione.
Successivamente il monitoraggio non invasivo degli estrogeni.
Ora il nuovo sistema a microaghi amplia ulteriormente il concetto trasformando la pelle in una vera interfaccia diagnostica continua. (Gao Research Group @ Caltech)
L’obiettivo non è sostituire gli esami di laboratorio.
Piuttosto integrare la medicina tradizionale con dati continui, dinamici e raccolti nella vita reale.
Un settore che accelera rapidamente
Il lavoro del Caltech non rappresenta un caso isolato.
Anche altri gruppi stanno affrontando problemi analoghi.
Alla Drexel University sono stati sviluppati nuovi idrogel progettati per mantenere stabilità e funzionalità dei biosensori per lunghi periodi.
Parallelamente la Virginia Tech sta lavorando su materiali auto-pulenti che limitano il deposito di proteine e altre sostanze biologiche, uno dei principali fattori che degradano le prestazioni dei sensori nel tempo.
Messi insieme, questi progressi mostrano come l’intero settore della bioelettronica indossabile stia entrando in una fase di rapida maturazione. (Nature)
E per il diabete?
Per chi vive con il diabete questo studio è particolarmente interessante.
Oggi siamo abituati a osservare soltanto il glucosio.
Domani potremmo visualizzare contemporaneamente anche:
- cortisolo;
- ormoni dello stress;
- marcatori infiammatori;
- biomarcatori metabolici;
- indicatori precoci di infezione.
L’integrazione di più segnali biologici potrebbe aiutare gli algoritmi dei futuri sistemi di pancreas artificiale a comprendere meglio cosa sta accadendo nell’organismo.
Per esempio distinguere un aumento della glicemia dovuto a stress, infezione, attività fisica o risposta ormonale.
È una prospettiva ancora in fase di ricerca, ma appare sempre meno fantascientifica.
Una medicina che ascolta il corpo in tempo reale
Negli ultimi decenni la medicina ha imparato a osservare il corpo a fotografie.
Un prelievo.
Una visita.
Un esame.
I biosensori continui stanno trasformando queste fotografie in un film.
Ogni minuto aggiunge un fotogramma.
Ogni variazione racconta una storia.
Il sensore sviluppato dal Caltech rappresenta uno dei passi più importanti verso questa medicina dinamica, capace di seguire il linguaggio biochimico dell’organismo mentre la vita continua a scorrere.
Non sarà il singolo numero a guidare le decisioni cliniche, ma l’intera melodia prodotta dagli ormoni nel tempo.
Infine
Il nuovo biosensore a microaghi del Caltech dimostra che il monitoraggio continuo non deve fermarsi al glucosio. Grazie a un design che isola il sensore dalle deformazioni causate dal movimento, diventa possibile seguire gli ormoni nel fluido interstiziale con maggiore affidabilità. Insieme ai progressi su idrogel durevoli e materiali auto-pulenti, questa ricerca apre la strada a dispositivi indossabili sempre più sofisticati, destinati a rendere la medicina personalizzata più preventiva, continua e vicina alla vita quotidiana. Per le persone con diabete, e più in generale per chi convive con malattie croniche, il futuro potrebbe essere quello di un monitoraggio simultaneo di molteplici biomarcatori, offrendo una comprensione molto più completa dello stato di salute.
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