Các nhà nghiên cứu tạo ra enzyme nhân tạo để phát hiện nhanh hormone liên quan đến bệnh tật trong mồ hôi

Các nhà nghiên cứu tại Trường Cao đẳng Kỹ thuật Đại học Bang Oregon đã phát triển một cảm biến cầm tay kiểm tra mồ hôi để tìm cortisol và cung cấp kết quả sau 8 phút, một bước tiến quan trọng trong việc theo dõi một loại hormone có mức độ là dấu hiệu của nhiều bệnh bao gồm các loại ung thư khác nhau.

quảng cáo

Các phát hiện đã được công bố trên tạp chí Vật liệu & Giao diện Ứng dụng ACS . Các nhà nghiên cứu cho biết, vật liệu và cơ chế cảm biến trong thiết bị mới có thể dễ dàng được thiết kế để phát hiện các hormone cụ thể khác - chẳng hạn như progesterone, một dấu hiệu quan trọng đối với sức khỏe sinh sản và kết quả mang thai của phụ nữ.

Larry Cheng, phó giáo sư kỹ thuật điện và khoa học máy tính cho biết: “Chúng tôi lấy cảm hứng từ các enzym tự nhiên được sử dụng trong máy đo đường huyết bán tại các hiệu thuốc. "Trong máy đo đường huyết, các enzym cụ thể được áp dụng cho một điện cực, nơi chúng có thể bắt giữ và phản ứng với các phân tử glucose để tạo ra tín hiệu điện để phát hiện. Tuy nhiên, việc tìm ra các enzym tự nhiên để phát hiện cortisol không đơn giản và các enzym tự nhiên dễ bị mất ổn định và có tuổi thọ ngắn."

Enzyme là những chất được tạo ra bởi các sinh vật sống đóng vai trò là chất xúc tác cho các phản ứng sinh hóa. Để vượt qua những thách thức do enzyme tự nhiên đặt ra, Cheng và Sanjida Yeasmin, nghiên cứu sinh tiến sĩ đứng đầu nghiên cứu, đã tạo ra một loại enzyme nhân tạo ổn định, mạnh mẽ có khả năng cảm nhận cortisol nhạy cảm và chọn lọc.

Cortisol là một loại hormone được sản xuất ở tuyến thượng thận. Nội tiết tố là sứ giả hóa học của cơ thể và cortisol là một trong những nội tiết tố steroid, cùng với androgen, estrogen và proestin. Hormone steroid đóng một vai trò trong một số quá trình sinh lý bao gồm cả sự phát triển tình dục.

Trong số các công việc của mình, cortisol hỗ trợ chống nhiễm trùng, duy trì huyết áp, điều chỉnh lượng đường trong máu và quá trình trao đổi chất, và nó được đặt biệt danh là "hoocmon căng thẳng" vì nó được giải phóng khi mọi người thấy mình bị áp lực.

Cortisol có lợi cho việc đối phó với căng thẳng trong thời gian ngắn, nhưng nồng độ cortisol cao kéo dài có thể gây tác hại cho cơ thể, chẳng hạn như tăng nguy cơ lo lắng, trầm cảm và bệnh tim.

"Ở một người khỏe mạnh, nồng độ cortisol tăng và giảm tùy thuộc vào thời gian trong ngày," Yeasmin nói. "Chúng thường cao hơn vào buổi sáng và thấp hơn vào ban đêm - điều đó có nghĩa là nếu bạn định theo dõi cortisol một cách hiệu quả, thì cần phải đo nhanh và thường xuyên."

Cô ấy nói: Mức độ cortisol thường được phát hiện thông qua xét nghiệm máu hoặc nước tiểu tại phòng khám, "việc này đòi hỏi thiết bị phòng thí nghiệm và nhân viên được đào tạo và mất hơn 30 phút để hoàn thành phép đo". "Ngoài ra, bệnh nhân thường phải đợi hơn hai ngày để nhận được kết quả."

Để giải quyết những vấn đề đó, Yeasmin và Cheng đã tạo ra một "cảm biến bắt chước enzym" để tránh các yếu tố tốn kém và tốn thời gian nhất của xét nghiệm cortisol thông thường.

Yeasmin cho biết: “Cảm biến này không có enzyme tự nhiên, không có nhãn và không có đầu dò tín hiệu oxi hóa khử. "Đây là một cảm biến tích hợp và mạnh mẽ có thể được áp dụng cho các ứng dụng tại điểm chăm sóc -- như tại giường bệnh của ai đó, bên ngoài môi trường phòng thí nghiệm -- và thậm chí cho các ứng dụng có thể đeo được. Cảm biến mới của chúng tôi nhạy hơn và chọn lọc hơn hầu hết các cảm biến được báo cáo và do đó, đáng tin cậy hơn để theo dõi hormone gây căng thẳng."

Enzyme nhân tạo là một loại polyme đặc biệt với những khoảng trống nhỏ được tạo hình để chỉ chứa các phân tử cortisol. Những không gian này được bao quanh bởi các chất xúc tác khiến cortisol phản ứng, tạo ra tín hiệu điện. Bằng cách đo các tín hiệu, lượng cortisol có mặt có thể được xác định, một công cụ chẩn đoán quan trọng.

Nồng độ Cortisol quá cao hoặc quá thấp có thể cho thấy rối loạn tuyến thượng thận như bệnh Addison, đặc trưng bởi đau bụng, kinh nguyệt bất thường, mất nước, buồn nôn và khó chịu, hoặc hội chứng Cushing, có thể gây tăng cân, thay đổi tâm trạng, yếu cơ và tiểu đường .

Cheng cho biết: “Cảm biến có thể phát hiện nồng độ cortisol trong mồ hôi trong vòng vài phút, ngay cả khi chúng thường ít tập trung hơn 10.000 lần so với nồng độ glucose trong máu. "Enzyme nhân tạo được sử dụng trong công nghệ này mở ra những con đường mới để phát triển các cảm biến đeo được trong tương lai để theo dõi sức khỏe."

Theo  Đại học bang Oregon