El dispositivo abre nuevas posibilidades para el control de la salud personal.
El cuerpo humano responde al estrés, desde el cotidiano hasta el extremo, produciendo una hormona llamada cortisol.
Hasta la fecha, no ha sido práctico medir el cortisol como una forma potencial de identificar condiciones como la depresión y el estrés postraumático, en los que los niveles de la hormona están elevados. Tradicionalmente, los niveles de cortisol han sido evaluados a través de muestras de sangre por laboratorios profesionales y, si bien esas mediciones pueden ser útiles para diagnosticar ciertas enfermedades, no logran captar los cambios en los niveles de cortisol a lo largo del tiempo.
Ahora, un equipo de investigación de UCLA ha desarrollado un dispositivo que podría ser un gran paso adelante: un reloj inteligente que evalúa los niveles de cortisol que se encuentran en el sudor, de manera precisa, no invasiva y en tiempo real. Descrito en un estudio publicado en Science Advances, la tecnología podría ofrecer a los usuarios la capacidad de leer y reaccionar ante un indicador bioquímico esencial del estrés.
“Anticipo que la capacidad de monitorear de cerca las variaciones de cortisol a lo largo del tiempo será muy instructiva para las personas con trastornos psiquiátricos”, dijo la coautora correspondiente Anne Andrews, profesora de psiquiatría y ciencias bioconductuales de la UCLA, miembro del Instituto de Nanosistemas de California en la UCLA. y miembro del Instituto Semel de Neurociencia y Comportamiento Humano. “Es posible que puedan ver algo que se avecina o controlar los cambios en sus propios patrones personales”.
La tecnología aprovecha el trabajo previo de Sam Emaminejad, Anne Andrews y sus equipos de investigación de la UCLA. (Emaminejad Lab and Andrews Lab/UCLA)
El cortisol es adecuado para la medición a través del sudor, según el coautor Sam Emaminejad, profesor asociado de ingeniería eléctrica e informática en la Escuela de Ingeniería Samueli de UCLA y miembro de CNSI.
“Determinamos que al rastrear el cortisol en el sudor, podríamos monitorear tales cambios en un formato portátil, como hemos demostrado antes para otras moléculas pequeñas como metabolitos y productos farmacéuticos”, dijo. “Debido a su pequeño tamaño molecular, el cortisol se difunde en el sudor con niveles de concentración que reflejan fielmente sus niveles circulantes”.
La tecnología aprovecha los avances previos en bioelectrónica portátil y transistores de biodetección realizados por Emaminejad, Andrews y sus equipos de investigación.
En el nuevo reloj inteligente, una tira de película adhesiva fina especializada recoge pequeños volúmenes de sudor, medibles en millonésimas de litro. Un sensor adjunto detecta el cortisol utilizando hebras de ADN diseñadas, llamadas aptámeros, que están diseñadas para que una molécula de cortisol encaje en cada aptámero como una llave encaja en una cerradura. Cuando se adhiere el cortisol, el aptámero cambia de forma de una manera que altera los campos eléctricos en la superficie de un transistor.
La invención, junto con un estudio de 2021 que demostró la capacidad de medir sustancias químicas clave en el cerebro mediante sondas, es la culminación de una larga búsqueda científica para Andrews. Durante más de 20 años, ha encabezado los esfuerzos para monitorear moléculas como la serotonina, un mensajero químico en el cerebro relacionado con la regulación del estado de ánimo, en los seres vivos, a pesar de la vulnerabilidad de los transistores a los ambientes biológicos húmedos y salados.
En 1999, propuso usar ácidos nucleicos, en lugar de proteínas, el mecanismo estándar, para reconocer moléculas específicas.
“Esa estrategia nos llevó a resolver un problema fundamental de física: cómo hacer que los transistores funcionen para mediciones electrónicas en fluidos biológicos”, dijo Andrews, quien también es profesor de química y bioquímica.
Mientras tanto, Emaminejad ha tenido una visión de monitoreo de salud personal ubicuo. Su laboratorio es pionero en dispositivos portátiles con biosensores que rastrean los niveles de ciertas moléculas relacionadas con medidas de salud específicas.
“Estamos entrando en la era del control en persona, donde en lugar de ir a un médico para que lo revisen, el médico está básicamente siempre con nosotros”, dijo. “Los datos se recopilan, analizan y proporcionan directamente en el cuerpo, lo que nos brinda retroalimentación en tiempo real para mejorar nuestra salud y bienestar”.
El laboratorio de Emaminejad había demostrado previamente que una versión desechable de la película adhesiva especializada permite que los relojes inteligentes analicen las sustancias químicas del sudor, así como una tecnología que genera pequeñas cantidades de sudor incluso cuando el usuario está quieto. Estudios anteriores mostraron que los sensores desarrollados por el grupo de Emaminejad podrían ser útiles para diagnosticar enfermedades como la fibrosis quística y para personalizar las dosis de medicamentos.
Un desafío en el uso de los niveles de cortisol para diagnosticar la depresión y otros trastornos es que los niveles de la hormona pueden variar mucho de persona a persona, por lo que los médicos no pueden aprender mucho de una sola medición. Pero los autores prevén que el seguimiento de los niveles individuales de cortisol a lo largo del tiempo con el reloj inteligente puede alertar a los usuarios y a sus médicos sobre cambios que podrían ser clínicamente significativos para el diagnóstico o el seguimiento de los efectos del tratamiento.
Entre los otros autores del estudio se encuentra Janet Tomiyama, profesora asociada de psicología de la UCLA, que ha colaborado con el laboratorio de Emaminejad a lo largo de los años para probar sus dispositivos portátiles en entornos clínicos.
“Este trabajo se convirtió en un documento importante al reunir partes dispares de UCLA”, dijo Paul Weiss, profesor distinguido de química y bioquímica y de ciencia e ingeniería de materiales de UCLA, miembro de CNSI y coautor del artículo. “Viene de que estamos muy cerca, no tenemos problemas de ego y estamos emocionados de trabajar juntos. Podemos resolver los problemas de los demás y llevar esta tecnología en nuevas direcciones”.
La investigación más reciente se basa en trabajos anteriores que fueron financiados por la Fundación Nacional de Ciencias y los Institutos Nacionales de Salud. El estudio actual recibió fondos del programa CAREER de la NSF, el Instituto Nacional sobre el Abuso de Drogas a través del Premio de Investigación Transformativa del Director de los NIH, el Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales de los NIH, la Fundación Henry M. Jackson, el Centro de Tecnología del Genoma de Stanford, el Fundación Cerebro y Comportamiento y Fundación PhRMA.
El NanoLab de UCLA, el Centro de imágenes de electrones para NanoMáquinas y el Laboratorio de Caracterización de Nano y Pico, todos ubicados en CNSI, proporcionaron instrumentación para el nuevo estudio.
Los coprimeros autores del artículo son el académico postdoctoral de UCLA Bo Wang y Chuanzhen Zhao, un exestudiante de posgrado de UCLA. Otros coautores son Zhaoqing Wang, Xuanbing Cheng, Wenfei Liu, Wenzhuo Yu, Shuyu Lin, Yichao Zhao, Kevin Cheung y Haisong Lin, todos de UCLA; y Milan Stojanović y Kyung-Ae Yang de la Universidad de Columbia.
Fuente: Newsroom
Enlace: https://newsroom.ucla.edu/releases/cortisol-sensing-smartwatch
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