皮膚に取りつけ継続的に汗からコルチゾール濃度を検出するデバイス

スイス連邦工科大学ローザンヌ校の研究チームは、皮膚に直接取り付け、継続的にコルチゾール濃度を汗から検出できるデバイスを開発しました。
コルチゾールは、代謝、血糖値、血圧の調節、免疫系の制御を行い、過剰・不足になると様々な健康被害が出ます。

Cortisol is a steroid hormone made by our adrenal glands out of cholesterol. Its secretion is controlled by the adrenocorticotropic hormone (ACTH), which is produced by the pituitary gland. Cortisol carries out essential functions in our bodies, such as regulating metabolism, blood sugar levels and blood pressure; it also affects the immune system and cardiovascular functions.

参照元：EPFL
– スイス連邦工科大学ローザンヌ校 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne. 05.02.21 –

私たち全員が、個人的または職業的な生活の中で、あるいはCOVID-19パンデミックのような例外的な状況に対応しているかどうかにかかわらず、ある時点でストレスを感じてきました。

しかし、これまで、客観的な方法でストレスレベルを定量化する方法はありませんでした。

EPFLのNanoelectronicDevicesLaboratory（Nanolab）とXsensioのエンジニアによって開発された小さなウェアラブルセンサーのおかげで、それはすぐに変わる可能性があります。

このデバイスは、患者の皮膚に直接配置することができ、患者の汗中の主要なストレスバイオマーカーであるコルチゾールの濃度を継続的に測定できます。

コルチゾールは、コレステロールから副腎によって作られるステロイドホルモンです。

その分泌は、下垂体によって生成される副腎皮質刺激ホルモン（ACTH）によって制御されます。

コルチゾールは、代謝、血糖値、血圧の調節など、私たちの体の重要な機能を実行します。

また、免疫系や心臓血管機能にも影響を及ぼします。

私たちがストレスの多い状況にあるとき、生命を脅かすものであろうと平凡なものであろうと、コルチゾールは引き継ぐホルモンです。

それは私たちの体に必要なエネルギーを私たちの脳、筋肉、心臓に向けるように指示します。

Nanolabの責任者であるAdrianIonescu氏は話します。

「コルチゾールは衝動で分泌される可能性があります。気分が良くなり、突然何かが起こり、ストレスがかかり、体がより多くのホルモンを産生し始めます。」

コルチゾールは私たちの体がストレスの多い状況に対応するのを助けますが、実際には両刃の剣です。

通常、概日リズムに従って1日中分泌され、午前6時から午前8時の間にピークに達し、午後と夕方にかけて徐々に減少します。

Ionescu氏は話します。

「しかし、ストレス関連の病気に苦しむ人々では、この概日リズムは完全に捨てられます。そして、体がコルチゾールを過剰または不十分にすると、それは個人の健康に深刻なダメージを与え、肥満、心血管疾患、うつ病または燃え尽き症候群につながる可能性があります。」

血液検査は、患者のコルチゾールレベルのスナップショット測定を行うために使用できます。

ただし、検出可能な量のコルチゾールは唾液、尿、汗にも含まれています。

NanolabのIonescu氏のチームは、検出液として汗に焦点を当てることを決定し、小型化されたセンサーを備えたウェアラブルスマートパッチを開発しました。

パッチには、グラフェンで作られたトランジスタと電極が含まれています。

グラフェンは、その独自の特性により、高感度と非常に低い検出限界を提供します。

グラフェンは、特定の化合物に結合できる一本鎖DNAまたはRNAの短い断片であるアプタマーを介して機能化されます。

EPFLパッチのアプタマーは負の電荷を帯びています。

コルチゾールと接触すると、すぐにホルモンを捕捉し、ストランドを折りたたんで電荷を電極表面に近づけます。

次に、デバイスは電荷を検出し、その結果、着用者の汗中のコルチゾール濃度を測定することができます。

これまでのところ、概日周期を通して継続的にコルチゾール濃度を監視するための他のシステムは開発されていません。

Ionescu氏は話します。

「これが私たちのデバイスの重要な利点であり革新的な機能です。装着できるため、科学者は特定のストレス関連疾患に関する定量的で客観的なデータを収集できます。また、非侵襲的で正確かつ瞬時に完全に収集できます。それは、人間の汗に含まれるコルチゾール濃度の範囲です。」

エンジニアは、Xsensio独自のLab-on-SkinTMプラットフォームでデバイスをテストしました。

次のステップは、それを医療従事者の手に渡すことです。

XsensioのCEOであるEsmeraldaMegally氏は話します。

「EPFLとXsensioの共同R＆Dチームは、コルチゾールホルモンの検出において重要なR＆Dマイルストーンに到達しました。病院でこの新しいセンサーをテストし、体は機能します。」

チームは、ローザンヌ大学病院（CHUV）の内分泌学、糖尿病、代謝の責任者であるNelly Pitteloud教授とのブリッジプロジェクトを立ち上げ、スタッフが人間の患者に対して継続的なコルチゾールモニタリングシステムを試すようにしました。

これらの試験には、健康な人だけでなく、クッシング症候群（体がコルチゾールを過剰に生成する場合）に苦しむ人も含まれます。

アジソン病（体が十分に生産しないとき）とストレス関連の肥満。

エンジニアは、センサーがコルチゾール分泌の生理学的および病理学的リズムの研究に大きく貢献できると信じています。

では、過度のストレスによって引き起こされる心理的疾患はどうですか？

Ionescu氏は話します。

「今のところ、それらは患者の認識と精神状態のみに基づいて評価されており、それらはしばしば主観的です。したがって、信頼性が高くウェアラブルなシステムがあると、たとえば、患者がうつ病や燃え尽き症候群に苦しんでいるかどうか、治療が効果的かどうかを医師が客観的に定量化するのに役立ちます。さらに、医師はその情報をリアルタイムで入手できます。これらの病気の理解を前進させてください。」

そして、誰が知っているか、多分いつかこの技術はスマートブレスレットに組み込まれるでしょう。

Megally氏は話します。

「次のフェーズでは、このエキサイティングな発明をLab-on-SkinTMセンシングプラットフォームの重要な部分に変え、次世代のウェアラブルにストレスモニタリングをもたらす製品開発に焦点を当てます。」