Анализ пота для персонализированной медицины

Доцент медицинской инженерии Вэй Гао обогащает область персонализированной и прецизионной медицины, используя обильный источник химических данных — пот.

Технология анализа пота Гао позволяет проводить раннее обнаружение физиологических отклонений, создавать индивидуальные планы лечения и повышать точность мониторинга лекарств. Например, низкий уровень энергии может быть симптомом множества проблем со здоровьем, но биосенсор, анализирующий пот, способен обнаружить аномальные химические реакции в организме, связанные с конкретными состояниями.

Мониторинг метаболизма

Низкий уровень энергии — частый индикатор различных метаболических расстройств, но показания сенсора, демонстрирующие дисбаланс сахара и электролитов, побудили бы врача проверить пациента на диабет.

Носимые анализаторы пота могли бы помочь 30 миллионам американцев с диабетом контролировать своё состояние. А для дополнительных 84 миллионов граждан США с преддиабетом биосенсоры могли бы обеспечить раннее выявление диабета 2-го типа, болезней сердца и инсульта. Сенсоры также могут отслеживать биомаркеры, указывающие на дисбалансы, связанные с муковисцидозом и подагрой.

«Сенсор может работать как инструмент диагностики и управления заболеванием», — говорит аспирантка Калтеха Иран Янг, разрабатывающая носимые сенсоры для мониторинга метаболических расстройств.

Монитор психического здоровья

Низкий уровень энергии также может быть симптомом депрессивных расстройств, но сегодня диагнозы посттравматического стресса, послеродовой депрессии или суицидальных мыслей в основном основываются на опросниках. Гао стремится заменить этот субъективный процесс объективными измерениями.

«Многие люди не знают, что у них депрессия, а другие знают, но ничего об этом не говорят», — говорит Гао. «Химический анализ их пота мог бы дать раннее предупреждение об этих состояниях и помочь опекунам дифференцировать типы депрессивных расстройств и определить лучшие варианты лечения».

Высокий уровень гормонов стресса, таких как кортизол, и маркеров воспаления, таких как цитокины, связан с депрессивными расстройствами. Но нормальные значения этих биомаркеров у всех разные и колеблются в течение дня. «С помощью биосенсора мы могли бы непрерывно отслеживать молекулярные данные человека с течением времени и определить его личный базовый уровень», — объясняет Гао.

Мониторинг лекарств

В других случаях низкий уровень энергии может сигнализировать о том, что дозировка препарата у пациента неверна. «Некоторым нужны более низкие дозы, другим — более высокие», — объясняет Гао. «Некоторые принимают слишком много лекарств, а многие просто забывают их принимать». Биосенсоры могли бы значительно улучшить способность врачей отслеживать приверженность пациентов лечению и оценивать эффективность препаратов.

До сих пор фармакокинетика (изучение того, как лекарства всасываются, распределяются и метаболизируются) основывалась в основном на данных, собранных в больницах и лабораториях.

Дозировки и терапевтические окна препаратов экстраполируются из относительно небольших групп пациентов, поскольку сбор данных о концентрации лекарств требует забора крови через определённые промежутки времени. Беспроводные носимые биосенсоры позволили бы проводить непрерывный мониторинг больших групп пациентов в течение более длительного времени.

«Разрабатывая эту недорогую носимую технологию, мы думаем о том, как она могла бы особенно помочь людям в развивающихся странах, где мало медицинских ресурсов», — говорит Гао. «Но, конечно, она также может принести пользу миллионам здесь, в Соединённых Штатах».