Людям, которым нужен контроль уровня гормонов, приходится ездить в клиники для сдачи анализов крови или отправлять образцы, собранные дома, в лабораторию. Но эти методы, как правило, инвазивны и отнимают много времени. Анализ крови остается золотым стандартом, но исследователи обращают все больше внимания на другие жидкости организма и содержащуюся в них медицинскую информацию. Например, в поту присутствуют клинически значимые биомаркеры, но в чрезвычайно низких концентрациях. До сих пор не было разработано никаких датчиков или носимых устройств, специально нацеленных на репродуктивные гормоны пота. Например, на эстрадиол, гормон из группы эстрогенов, который играет ключевую роль в фертильности и женском здоровье.
В отличие от большинства биосенсоров, которые используют антитела или ферменты для выявления белков, новая технология опирается на аптамеры. Это короткие фрагменты одноцепочечной ДНК или РНК, которые связываются с различными целями — от мелких молекул до токсинов. Аптамеры гораздо меньше по размеру и могут быть созданы химическим путем, без использования лабораторных животных. Ранее исследователи разработали аптамеры для обнаружения кортизола, серотонина, кофеина и даже некоторых видов рака.
Для создания датчика эстрадиола исследователи разработали два взаимодействующих слоя материала. Первый слой представляет собой интерфейс, покрытый аптамерами, способными распознавать эстрадиол. Второй слой — это электрод, состоящий из наночастиц золота и покрытый материалом под названием MXene, который усиливает слабые электрические сигналы. В аптамеры заранее внедрена одноцепочечная ДНК, помеченная метиленовым синим — красителем, который служит электрохимическим зондом.
При размещении на пальце биосенсор генерирует небольшой ток, запускающий выработку пота, а затем втягивает жидкость в крошечный резервуар для анализа. Когда пот заполняет камеру, аптамеры обменивают цепи ДНК, помеченные метиленовым синим, на эстрадиол. Затем уровни метиленового синего на электроде преобразуются в окончательные измерения уровня эстрогена. Датчик смог обнаружить эстрадиол в искусственном поте за 10 минут в концентрации всего 140 наномолей, что примерно соответствует норме в поте у человека. Кольцо также включает в себя датчики, которые отслеживают температуру кожи, pH и концентрацию солей в поте, что позволяет калибровать показатели гормонов в режиме реального времени и отображать их на смартфоне.
После проверки датчика на синтетическом поте ученые предоставили его пяти женщинам для отслеживания их менструального цикла. У двух женщин также брали анализы крови для сравнения с показателями пота. Оба типа образцов изменялись одинаково и соответствовали ожидаемому паттерну — уровень эстрадиола обычно увеличивается в начале цикла и достигает пика перед овуляцией. После выхода яйцеклетки происходит вторичный подъем. Но ученые отмечают, что размер выборки был небольшим.
Кольцо, созданное для мониторинга менструального цикла, также может быть полезным для отслеживания уровня эстрогена в контексте влияния на либидо, эректильную функцию и сперматогенез. Этот датчик также может пригодиться для людей, проходящих гормональную терапию. Ученые планируют разработать датчики, способные одновременно непрерывно отслеживать несколько гормонов с использованием аптамеров. Сейчас они занимаются коммерциализацией набора биосенсоров на основе пота.
