Universitair docent medische technologie Wei Gao verrijkt het veld van gepersonaliseerde en precisiegeneeskunde met een overvloedige bron van chemische gegevens:zweet.

Gao's transpiratie-analysetechnologie maakt vroege detectie van fysiologische afwijkingen mogelijk, aangepaste behandelplannen, en grotere nauwkeurigheid bij het monitoren van drugs. Weinig energie, bijvoorbeeld, is een symptoom dat kan worden geassocieerd met een groot aantal gezondheidsproblemen, maar een zweetaflezende biosensor kan abnormale chemische reacties in het lichaam detecteren die verband houden met specifieke omstandigheden.

Wat volgt zijn drie voorbeelden van hoe Gao's biosensoren op een dag artsen kunnen helpen te interpreteren wat u misschien scheelt.

Metabolische Monitor

Lage energie is een veel voorkomende indicator van verschillende stofwisselingsstoornissen, maar een sensoruitlezing die onevenwichtigheden in suiker en elektrolyten weergeeft, zou een arts ertoe aanzetten om op diabetes te screenen.

Draagbare zweetanalysatoren kunnen 30 miljoen Amerikanen met diabetes helpen hun toestand te controleren. En voor de extra 84 miljoen Amerikaanse burgers met pre-diabetes, biosensoren kunnen helpen bij vroege detectie van diabetes type 2, hartziekte, en beroerte. De sensoren kunnen ook biomarkers volgen die wijzen op onevenwichtigheden die verband houden met cystische fibrose en jicht.

"De sensor kan zowel als diagnostisch als hulpmiddel voor ziektebeheer werken, " zegt Caltech-afgestudeerde student Yiran Yang, die draagbare sensoren ontwikkelt die stofwisselingsstoornissen monitoren. Ze legt uit:"Hoewel veel voedingsmiddelen voedingsetiketten dragen, dit helpt patiënten met bepaalde stofwisselingsstoornissen niet om hun persoonlijke grenzen te begrijpen. Door de samenstelling van hun zweet gedurende de dag te volgen, patiënten kunnen zien hoe voeding hen beïnvloedt."

in 2017, Yang werd de eerste onderzoeker die bij Gao's lab kwam. Vanaf dat moment, de groep is uitgegroeid tot drie extra afgestudeerde studenten, drie postdoctorale wetenschappers, vier gastwetenschappers, en vier studenten. Het team werkt samen met Gao aan biosensortechnologie en andere synthetische micro- en nano-bio-elektronische medische apparaten.

Geestelijke gezondheidsmonitor

Lage energie kan ook een symptoom zijn van depressieve stoornissen, maar diagnoses voor posttraumatische stress, postnatale depressie, of zelfmoordgedachten tegenwoordig zijn grotendeels gebaseerd op vragenlijsten. Gao wil dit subjectieve proces vervangen door objectieve metingen.

"Veel mensen weten niet dat ze depressief zijn, en anderen weten dat ze dat zijn, maar zeggen er niets over, ", zegt Gao. "Chemische analyse van hun zweet kan een vroege waarschuwing geven voor deze aandoeningen en zorgverleners helpen onderscheid te maken tussen soorten depressieve stoornissen en de beste behandelingsopties te identificeren."

Hoge niveaus van stresshormonen zoals cortisol, en markers van ontsteking zoals cytokinen, worden geassocieerd met depressieve stoornissen. Maar normaalwaarden voor deze biomarkers zijn voor iedereen anders, en fluctueren gedurende de dag. "Met een biosensor, we kunnen de moleculaire gegevens van een persoon in de loop van de tijd continu volgen en zijn of haar persoonlijke basislijn bepalen, " legt Gao uit. ""Dan kunnen we kwantitatief zien of er een probleem is."

in 2017, Gao was een van de eerste onderzoekers die steun ontving via het Carver Mead New Adventures Fund van Caltech. Oud-studenten van Mead hebben het fonds in 2014 opgericht om innovatieve, onderzoek in een vroeg stadium. "Deze beurs gaf me het vertrouwen om de monitoring van de geestelijke gezondheid te ontwikkelen, "Gao zegt, "en we boeken mooie vooruitgang in deze richting."

Medicatie Monitor

In andere gevallen, lage energie kan aangeven dat het recept van een patiënt is uitgeschakeld. "Sommige mensen hebben lagere doseringen nodig, terwijl anderen hogere doseringen nodig hebben, " legt Gao uit. "Sommigen overmediceren, en velen vergeten gewoon hun medicijnen in te nemen." Biosensoren zouden het vermogen van artsen om de therapietrouw van de patiënt te volgen en de werkzaamheid van geneesmiddelen te evalueren aanzienlijk kunnen verbeteren.

Tot nu, farmacokinetiek (de studie van hoe geneesmiddelen worden geabsorbeerd, verdeeld, en gemetaboliseerd) is voornamelijk geïnformeerd door gegevens die zijn verzameld in ziekenhuis- en laboratoriumomgevingen.

Voorgeschreven doseringen en therapeutische vensters worden geëxtrapoleerd uit relatief kleine patiëntenpopulaties, omdat het verzamelen van gegevens over geneesmiddelconcentraties op gezette tijden bloedafnames vereist. Draadloze, draagbare biosensoren zouden een continue monitoring van grotere patiëntenpopulaties gedurende langere tijd mogelijk maken.

"Terwijl we deze goedkope draagbare technologie, we denken na over hoe het vooral mensen in ontwikkelingslanden kan helpen waar er weinig medische middelen zijn, ", zegt Gao. "Maar het kan zeker ook miljoenen hier in de Verenigde Staten ten goede komen."