Il cortisolo è un ormone di tipo steroideo prodotto dalle ghiandole surrenali, definito come “ormone dello stress“: la sua produzione aumenta durante l’attività fisica, dopo un’operazione chirurgica o nelle situazioni di pericolo.
Concentrazioni troppo elevate, e per periodi prolungati, di questo ormone possono avere effetti negativi sulla salute fisica e mentale perché contribuiscono alla manifestazione o acutizzazione di sintomi associati a patologie cardiovascolari, ansia e depressione e possono determinare un indebolimento del sistema immunitario.
Per poter monitorare lo stato di salute fisica e mentale di pazienti con depressione, o altre patologie associate a stress, è possibile misurare i livelli di cortisolo nel sangue, procedura a sua volta invasiva e potenzialmente stressante per gli stessi pazienti, dati i diversi prelievi necessari.
Un gruppo di ricercatori della California Institute of Technology (Caltech, CA, USA) ha quindi sviluppato un dispositivo indossabile, wireless integrato, per determinare in modo non invasivo i livelli di cortisolo nel sudore.
Il dispositivo
Il dispositivo è un device wireless indossabile il cui componente chiave è un sensore patch flessibile di grafene, a cinque elettrodi, costruito su un substrato di poliimmide ottenuto tramite incisione laser. Questo componente offre il vantaggio di una produzione rapida, scalabile e a basso costo.
La superficie di grafene è resa più ampia da una struttura 3D altamente porosa che permette di rilevare i composti presenti nel sudore anche a concentrazioni molto basse. Questa superfice, inoltre, presenta una combinazione di innesti e modifiche per l’inserimento di anticorpi monoclonali anti-cortisolo, indispensabili per il rilevamento di questo ormone.
Il rilevamento del cortisolo nel sudore umano avviene grazie all’ampia superficie porosa di grafene e a una strategia di rilevamento competitiva dell’ormone, dovuta alla presenza di anticorpi monoclonali. L’ampia superficie e la rapida mobilità degli elettroni del grafene offrono prestazioni superiori nel rilevamento elettrochimico, mentre l’immunosensibilità dovuta all’inserimento di anticorpi monoclonali offre importanti progressi nel rilevamento altamente selettivo delle piccole molecole ormonali.
Per compiere un’analisi quantitativa, al cortisolo presente nel sudore (campione da analizzare) si aggiunge del cortisolo marcato con perossidasi di rafano, affinché competano per legarsi alla superficie dell’elettrodo a livello degli anticorpi monoclonali. Il legame del cortisolo marcato con perossidasi di rafano agli anticorpi determina una riduzione enzimatica del perossido di idrogeno, generando una corrente catodica inversamente proporzionale alla quantità di cortisolo nel sudore. Ciò significa che minore è la corrente generata maggiore sarà la quantità di cortisolo nel sudore analizzato.
Lo studio
Il sensore è stato testato in uno studio pilota, guidato dal Professor Wai Gao e pubblicato su Matter, su un totale di 12 individui sani per analizzare:
- il ciclo diurno del cortisolo per la prima volta, verificando i livelli di questo ormone nel sudore di un volontario per un periodo di sei giorni;
- le variazioni dinamiche di cortisolo in risposta a stress acuto (esercizi aerobici e immersione delle mani dei partecipanti in acqua molto fredda);
- la correlazione tra i livelli di cortisolo nel sudore e nel sangue (la correlazione è risultata essere forte).
Nuove prospettive
I risultati dello studio sono stati ottenuti a partire dal sudore umano invece che dal sangue e dimostrano che potrebbe essere possibile seguire in modo dinamico, semplice e non invasivo i cambiamenti fisici e mentali dei pazienti, aprendo così la strada a una nuova ondata di progresso tecnologico a favore della gestione personalizzata della salute.
Bibliografia:
Torrente-Rodríguez RM et al. Investigation of Cortisol Dynamics in Human Sweat Using a Graphene-Based Wireless mHealth System. Matter. Elsevier Inc. Available online 26 February 2020.
