Naukowcy z University of Texas at Dallas, we współpracy z teksańską firmą biotechnologiczną EnLiSense, zaprezentowali pionierski, noszony czujnik wykorzystujący pot, który umożliwia pomiar dwóch kluczowych hormonów regulujących cykl snu i czuwania człowieka.
Elektrochemiczny sensor w sposób ciągły monitoruje stężenia kortyzolu – hormonu sprzyjającego czuwaniu – oraz melatoniny, która sygnalizuje organizmowi potrzebę snu. Zespół bioinżynierów opublikował badanie typu proof-of-validation w październikowym numerze czasopisma Biosensors and Bioelectronics: X. Wykorzystując platformę noszonego urządzenia CORTI opracowaną przez EnLiSense, autorzy po raz pierwszy wykazali dobową rytmiczność stężeń kortyzolu i melatoniny mierzonych w pocie. Firma EnLiSense prowadzi obecnie proces komercjalizacji platformy czujnika CORTI.
Autorzy badania podkreślają, że technologia ta oferuje nowe podejście do oceny gospodarki hormonalnej w kontekście rosnącego zainteresowania konsumenckimi urządzeniami noszonymi do monitorowania jakości snu.
„Precyzyjna i ciągła ocena kortyzolu i melatoniny jest kluczowa dla zrozumienia i zarządzania zdrowiem rytmu dobowego” – podkreśla Annapoorna Ramasubramanya, doktorantka inżynierii biomedycznej i pierwsza autorka publikacji. „Obecnie stosowane metody oparte na próbkach śliny są jednak niewygodne w kontekście monitorowania ciągłego”.
Próbki śliny pozostają złotym standardem w ocenie stężeń kortyzolu i melatoniny. W badaniach nad snem pacjenci muszą być okresowo wybudzani, aby personel mógł pobrać materiał do analizy. Nowa technologia może znacząco uprościć ten proces, umożliwiając ciągły pomiar hormonów w pasywnym pocie, czyli pocie naturalnie wydzielanym przez organizm bez dodatkowej stymulacji.
We wrześniu Ramasubramanya otrzymała nagrodę New Investigator Award podczas World Sleep Congress 2025 w Singapurze, organizowanego przez World Sleep Society – międzynarodową organizację non profit zrzeszającą specjalistów medycyny snu i badaczy.
Jej wkład w projekt polegał na przetworzeniu danych generowanych przez urządzenie w celu określenia progów użytecznych w monitorowaniu stresu, dobrostanu oraz rytmu okołodobowego.
Dr Shalini Prasad, profesor i kierownik katedry bioinżynierii w Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science oraz autorka korespondencyjna pracy, zaprosiła Ramasubramanyę do pracy w swoim Biomedical Microdevices and Nanotechnology Lab po tym, jak zwróciła uwagę na jej osiągnięcia podczas zajęć z nanotechnologii i sensorów.
„Annapoorna potrafiła wziąć dane generowane przez urządzenie i osadzić je w kontekście chemicznym, tak aby możliwe było wyjaśnienie ich znaczenia biologicznego” – mówi Prasad, Cecil H. and Ida Green Professor in Systems Biology Science. „To są pytania, na które wcześniej nie byliśmy w stanie odpowiedzieć, a ona umożliwiła ich zadanie i analizę”.
W badaniu 43 uczestników nosiło czujnik oparty na analizie potu przez 48 godzin. W tym czasie pobrano od nich 12 próbek śliny w celu porównania wyników z danymi uzyskanymi z sensora. Rezultaty obu metod były zbliżone, co potwierdziło wysoką dokładność nowego rozwiązania.
Urządzenie CORTI, opracowane przez EnLiSense, wnosi istotny wkład w rozwój chronobiologii – dziedziny biologii zajmującej się naturalnymi rytmami i cyklami fizjologicznymi – dostarczając obiektywnych danych, które mogą być wykorzystane do poprawy jakości snu. Dostępne obecnie komercyjne urządzenia noszone zazwyczaj jedynie szacują czas trwania snu i jego fazy na podstawie ruchu, częstości akcji serca, a czasem temperatury ciała.
„W świecie, w którym żyjemy, elektronika odgrywa ogromną rolę w jakości naszego snu. Nasze wzorce snu ulegają zmianie. Nie musimy być pracownikami zmianowymi ani pilotami samolotów, aby zaburzyć rytm dobowy. Sam fakt życia w otoczeniu technologii zmienił sposób i ilość snu, jaką uzyskujemy” – podkreśla Prasad. „Problemy ze zdrowiem psychicznym również są ściśle powiązane z jakością snu”.
Zainteresowanie Ramasubramanyi analizą danych okołodobowych ma nietypowe źródło – grę na veenie, indyjskim instrumencie strunowym podobnym do sitaru. Pochodząca z Bengaluru badaczka od 16 lat wykonuje muzykę karnatycką, klasyczną tradycję muzyczną południowych Indii. Zależności między melodią a rytmem w tej muzyce opierają się na zasadach matematycznych, takich jak proporcje, podziały i wzorce – te same, które znalazły zastosowanie w analizie danych w omawianym badaniu.
„To wzbudziło moje zainteresowanie zastosowaniem zasad matematyki i fizyki w analizie danych okołodobowych, ponieważ gra na veenie w dużej mierze dotyczy tego, jak pociągnąć strunę, jak ona będzie drgać i jak długo utrzyma dźwięk” – wyjaśnia Ramasubramanya, absolwentka inżynierii komputerowej w Indiach. „Tempo gry i częstotliwość powtarzania określonych nut to czysto matematyczny aspekt muzyki”.
Prasad zwraca również uwagę na otwartość Ramasubramanyi na uczenie się na własnych błędach. „Jest bardzo otwarta na informację zwrotną. To cecha badacza, który może zajść bardzo daleko” – podsumowuje.
Współautorami badania są m.in. dr Preeti Singh, dr Kai-Chun Lin oraz dr Sriram Muthukumar, współzałożyciel EnLiSense – firmy z siedzibą w Allen w Teksasie, zajmującej się rozwojem czujników i urządzeń ukierunkowanych na styl życia. Dr Shalini Prasad również jest współzałożycielką EnLiSense.
Źródło: Biosensors and Bioelectronics: X, “Sweat-based continuous monitoring of cortisol and melatonin for circadian rhythm assessment”
DOI: https://doi.org/10.1016/j.biosx.2025.100656
