Het maken van een revolutionaire biosensor kost bloed, zweet en tranen.

en speeksel, van nature.

Professor Jason Heikenfeld van de Universiteit van Cincinnati onderzocht het potentieel van deze en andere biovloeistoffen om de menselijke gezondheid te testen met kleine, draagbare sensoren voor het tijdschrift Natuur Biotechnologie .

Heikenfeld ontwikkelt draagbare technologie in zijn Novel Device Lab in UC's College of Engineering and Applied Science. Zijn laboratorium creëerde vorig jaar 's werelds eerste continu-testapparaat dat zweet even effectief als bloed bemonstert, maar op een niet-invasieve manier en gedurende vele uren.

"Uiteindelijk, technologische vooruitgang in wearables wordt beperkt door de menselijke biologie zelf, " aldus de studie.

Opmerkelijk, veel van de innovaties op het gebied van biosensoren en zweettechnologie zijn in Cincinnati ontwikkeld. De eerste glucosemeter voor diabetes werd in de regio op de markt gebracht. De uitvinder van 's werelds eerste anti-transpirant, genaamd Odorono, was een arts uit Cincinnati genaamd Abraham Murphey.

"We hebben hier zo'n sterke geschiedenis op dit gebied. Het is echt fascinerend, ' zei Heikenfeld.

Heikenfeld dankt het harde werk van zijn team voor het succes van zijn lab.

"We hebben hier ver en snel kunnen gaan, "Zei Heikenfeld. "We resoneren met een bepaald type student. Zoveel als we een briljante faculteit hebben aan de UC, als we hier geen getalenteerde studenten hadden, deze technologie zou niet bestaan. We zouden alleen theoretisch praten over het potentieel."

In de Natuur artikel, Heikenfeld identificeerde vier ontdekkingsgolven als het gaat om het testen van de menselijke gezondheid. Eerst, doktoren begonnen bloed af te nemen en naar laboratoria te sturen in een invasieve, tijdrovend en arbeidsintensief proces dat patiënten vandaag de dag nog steeds ondergaan.

Beginnend rond de jaren tachtig onderzoekers, waaronder baanbrekende UC engineering professor Chong Ahn, ontwikkelde point-of-care laboratoriumtests waarmee artsen onmiddellijke resultaten konden krijgen. In plaats van monsters naar een laboratorium te sturen, artsen konden zelf monsters testen met behulp van kleine op zichzelf staande apparaten.

"Dr. Ahn heeft een voortrekkersrol gespeeld bij de ontwikkeling van deze point-of-care-apparaten, ' zei Heikenfeld.

Nutsvoorzieningen, Heikenfeld zei, we zitten midden in een derde golf:continue gezondheidsmonitoring met draagbare apparaten zoals die ontwikkeld zijn bij UC. Deze leveren gegevens in de loop van de tijd, zodat artsen gezondheidstrends kunnen volgen in plaats van te vertrouwen op de momentopname die een enkele bloedtest oplevert.

"Dat is super krachtig omdat het me vertelt dat ik beter word? Word ik slechter?" zei Heikenfeld.

Eventueel, het veld zal apparaten zien die in het lichaam worden geïmplanteerd voor langdurige diagnose of monitoring, hij zei. Maar eerst zullen onderzoekers robuuste sensoren moeten maken die nauwkeurige informatie over een veel langer tijdsbestek kunnen leveren.

“Dat is de grote uitdaging, "Zei Heikenfeld. "Sensoren zijn zelf chemisch reactief. Dus ze houden het niet vol."

Na onderzoek van het gebruik van speeksel, tranen en interstitiële vloeistof, Heikenfeld concludeerde in de Natuur artikel dat zweet het meest veelbelovend is voor niet-invasieve testen omdat het vergelijkbare informatie biedt als bloed en de secretiesnelheid ervan kan worden gecontroleerd en gemeten.

In zijn Novel Device Lab aan de UC, Heikenfeld en zijn studenten hebben nieuwe sensoren gemaakt op een draagbare pleister ter grootte van een pleister die zweet stimuleert, zelfs als een patiënt koel is en rust. De sensor meet in de loop van de tijd specifieke analyten die artsen kunnen gebruiken om te bepalen hoe de patiënt reageert op een medicamenteuze behandeling.

De sensoren kunnen worden aangepast om alles te meten, van medicijnen tot hormonen tot uitdroging, zei Heikenfeld.

Vorig jaar creëerde het lab 's werelds eerste sensor voor continue bewaking die dezelfde gezondheidsinformatie in het zweet kan opnemen die artsen generaties lang in bloed hebben onderzocht. De mijlpaal is opmerkelijk omdat artsen met de continue sensor de gezondheid in de loop van de tijd kunnen volgen om te zien of een patiënt beter of slechter wordt. En ze kunnen dit op een niet-invasieve manier doen met een kleine pleister op de huid die het zweet tot 24 uur per keer stimuleert.

"Dit is de Heilige Graal. Voor de eerste keer, we kunnen laten zien dat hier de bloedgegevens zijn; hier zijn de zweetgegevens - en ze werken prachtig samen, ' zei Heikenfeld.

Heikenfeld en zijn studenten publiceerden hun laatste experimentele bevindingen in december in het tijdschrift Lab on a Chip. De studie van UC volgde hoe proefpersonen ethanol metaboliseerden. De studie concludeerde dat zweet vrijwel dezelfde informatie opleverde als bloed om de aanwezigheid van een medicijn in het lichaam te meten.

De laatste doorbraak bij UC markeerde het hoogtepunt van meer dan zeven jaar onderzoek, hij zei.

"Voor medicijnen, we kunnen zweet gebruiken om de concentraties in het bloed exact te meten, "Zei Heikenfeld. "Dat is belangrijk, want als we eenmaal de therapeutische concentraties in het bloed kunnen meten, we kunnen kijken naar de dosering van medicijnen. En daardoor zou de huidige dosering eruit kunnen zien als iets uit het stenen tijdperk."

Cincinnati is de thuisbasis van verschillende bedrijven die technologieën gebruiken voor het voorschrijven van medicijnen, levering en controle in commerciële producten. De lijst bevat Assurex Health, Schakel injecties en Heikenfeld's Eccriene systemen in, waar hij mede-oprichter en chief science officer is.

Studie co-auteur en computationeel bioloog Tongli Zhang zei dat apparaten zoals deze artsen zullen helpen om persoonlijke zorg te bieden. Zhang is een assistent-professor bij de afdeling Farmacologie en Systeemfysiologie aan het UC College of Medicine.

"Je geeft kinderen niet dezelfde dosis medicijnen als volwassenen. we kunnen een dosis specificeren op basis van het gewicht van een patiënt, " zei Zhang. "Maar sommige patiënten kunnen lever- of nierfalen hebben. En anderen kunnen een medicijn 10 keer sneller metaboliseren. Dus dezelfde dosis kan bij sommige patiënten niet effectief zijn en bij andere toxisch."

Zhang zei dat continue sensoren behandelingen op fundamentele manieren kunnen veranderen.

"Gepersonaliseerde of geïndividualiseerde geneeskunde wordt steeds belangrijker. We beseffen dat het belangrijk is. Als we kunnen begrijpen wat er in het lichaam gebeurt, wij kunnen de behandeling daarop afstemmen, " hij zei.

UC loopt voorop bij de ontwikkeling van nieuwe biosensoren die volgens Heikenfeld een revolutie teweeg zullen brengen in de manier waarop we ziekte en welzijn volgen.

"UC blijft voortbouwen op onze rijke regionale geschiedenis in het revolutioneren van diagnostiek door deze derde golf van continue biochemische detectie, " hij zei.