研究发现 可穿戴式汗液传感器可以诊断囊性纤维化

腕带式可穿戴式汗液传感器可以改变囊性纤维化,糖尿病和其他疾病的诊断和药物评估。

根据斯坦福大学医学院研究人员与加州大学伯克利分校合作开展的一项研究,该传感器收集汗液,测量其分子成分,然后通过电子方式传输结果进行分析和诊断。与老式的汗水收集器不同,新装置不需要患者长时间静坐,同时汗液积聚在收集器中。

“这是向前迈出的一大步,”斯坦福大学儿科学副教授Carlos Milla博士说。

该研究将于4月17日在线发表在“ 美国国家科学院院刊”上。Milla与斯坦福大学生物化学和遗传学教授Ronald Davis博士共同担任高级作者。前斯坦福大学博士后学者Sam Emaminejad博士和加州大学伯克利分校博士后学者Wei Gao博士是共同的主要作者。

它是如何工作的?

柔性传感器和微处理器的两部分系统粘在皮肤上,刺激汗腺,然后根据电信号检测不同分子和离子的存在。例如,汗液中的氯化物越多,传感器表面产生的电压就越多。研究小组在单独研究中使用可穿戴式汗液传感器来检测氯离子水平 - 高水平是囊性纤维化的指标- 并将汗液中的葡萄糖水平与血液中的葡萄糖水平进行比较。高血糖水平可以指示糖尿病。

用于诊断囊性纤维化遗传疾病,导致粘液在肺部,胰腺等建立传统方法的器官,需要病人就诊的专门中心,坐好了,而电极刺激汗腺在他们的皮肤,以提供测试汗水。Milla说,电极可能很烦人,特别是对于孩子来说,CF最常被诊断出来。然后,儿童必须静坐30分钟,而贴在皮肤上的器械会收集汗水。他说,即便如此,测试还没有结束。家庭等待实验室测量汗液中的氯离子以确定孩子是否患有囊性纤维化。

米拉说,这种繁琐的方法在70年内没有改变。相比之下,可穿戴式汗液传感器刺激皮肤产生微量汗液,快速评估内容并通过手机将数据发送到可以分析结果的服务器。Milla说,测试一次又一次地实时进行,让家庭更容易评估孩子。

便携式和独立式

此外,生活在服务欠缺社区或发展中国家偏远村庄的人们,如果无法进行常规检测,他们可以从便携式自给式汗液传感器中受益,他说。可穿戴设备非常坚固,可以使用智能手机运行,智能手机可以将测量结果发送到云端,并在专业中心审核后立即收到结果。CF诊断以及其他类型的诊断可以在不需要熟练的临床医生和设备齐全的实验室的情况下完成。“你可以在世界任何地方读书,”米拉说。

该传感器不仅用于诊断和监测。它还可以用于帮助药物开发和药物个性化。CF由CF基因中的数百种不同突变引起,因此可以使用传感器确定哪种药物最适合哪种突变。“CF药物只对一小部分患者起作用,”Emaminejad说,他现在是加州大学洛杉矶分校的电气工程助理教授。“想象一下,如果你将可穿戴的汗液传感器与临床药物研究人员一起使用,我们可以更好地了解他们的氯离子对药物的反应是如何上升和下降的。”

在这项研究中,研究小组还测量了汗水中的葡萄糖水平,这与血糖水平相对应,使该装置可用于监测糖尿病前期和糖尿病。但该技术还可用于测量汗液的其他分子成分,如钠离子和钾离子以及乳酸。该平台可用于测量汗水中的几乎任何物体。

“汗水非常适合可穿戴应用和丰富的信息来源,”戴维斯说。

该团队目前正在进行大规模临床研究,以寻找汗液传感器读数与健康之间的相关性。“从长远来看,我们希望将其整合到智能手表中,以进行广泛的人口监测,”Emaminejad说。

精确的健康和持续监控

Milla说,可穿戴的汗液传感器可以进行频繁的监测,以了解患者对治疗的反应或者他们是否遵守治疗方案。“这有点像过去糖尿病患者必须进入诊所才能监测葡萄糖的情况。真正的革命来自于人们开始自己动手指,现在你甚至可以用连续监测器来做。”

个性化医疗的一个重要因素是为每个人建立正常值和可变性的基线。“当我们测试设备时,我们注意到人们有不同的汗液轮廓。这表明我们需要进行相应的校准,”Emaminejad说。他说,一旦研究人员通过长期监测确定了个性化基线,他们就可以开始发现健康状况的变化。

戴维斯看到了可穿戴式汗水传感器面临的两大挑战。一个是可重复性 - 即,同一个人每天或每小时的一致措施。“即使是同一个人,在相同的生物条件下,你会得到相同的数字吗?”

第二个是映射汗液的分子成分。简而言之,可以合理地监控汗水以提供有关身体的有用信息?“到目前为止,我们的实际测量范围有限。例如,我们可以测量氯化物,因此我们试图弄清楚我们可以用它来做什么,”戴维斯说。

他强调,研究不仅仅是设备的开发; 这是一种理解健康的新方式 - 依赖于持续监测和更好地了解个人健康措施。这种方法可以帮助预防个人和人群中的重大疾病。

戴维斯认为这是阻止流行病的一种方式。“例如,如果我能感觉到我患有病毒感染并且我的警报响起并且说'你感染了病毒感染',我应该回家,而不是决定我会通过它不是关于我的,而是关于我的所有同事。“ 他说,如果每个人都这样做,疾病就不会那么快蔓延。

“如果你能阻止大流行,它甚至可能会消亡,”他补充道。

这项工作是斯坦福医学专注于精准健康的一个例子,其目标是预测和预防健康疾病,并精确诊断和治疗疾病。

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