Schweißtests könnten die Medikamentenüberwachung und die Diabetesversorgung verändern

Schweißtests könnten die Medikamentenüberwachung und die Diabetesversorgung verändern

Von der Glukoseverfolgung bis zur Erkennung von Toxinbelastungen zeigen Wissenschaftler, wie Schweiß als diagnostische Ressource mit Blut konkurrieren könnte, wenn Technologie und Standardisierung schnell genug voranschreiten.

Studie: Schweiß als diagnostisches Biofluid: analytische Fortschritte und zukünftige Richtungen. Bildnachweis: PeopleImages/Shutterstock.com

Eine kürzlich veröffentlichte Rezension in der Zeitschrift für Pharmazeutische Analyse beschreibt, wie Schweiß gesammelt und analysiert werden kann, um Erkenntnisse über die Gesundheit zu gewinnen, und zeigt die Geräte, Arbeitsabläufe, Anwendungen und Lücken auf, die noch geschlossen werden müssen.

Hintergrund

Schweiß wird von 2 bis 4 Millionen Schweißdrüsen produziert und ist eine klare, leicht saure Flüssigkeit, die Elektrolyte, Metaboliten, Proteine ​​und sogar Xenobiotika enthält. Im Gegensatz zu Bluttests ist die Schweißprobe ein schmerzloses, risikoarmes Verfahren, das sich für wiederholte oder Feldtests eignet.

Jüngste Fortschritte haben mikrofluidische Pflaster und drahtlose Biosensoren mit Labormethoden gekoppelt und so den Nachweis von Interleukinen (ILs), Glucose, β-Hydroxybutyrat und Arzneimitteln in Spuren ermöglicht. Außerhalb von Kliniken hilft Schweiß zwar bei der Forensik und Überwachung, doch die Konzentrationen sind niedrig, die Mengen variieren und die Kontamination ist ein echtes Problem.

Weitere Forschung ist erforderlich, um die Sammlung zu standardisieren, die Ergebnisse zu normalisieren und die Biomarker zu validieren, da es bei vielen schweißbasierten Markern an Klarheit hinsichtlich der Dosis-Wirkungs-Beziehungen und der klinischen Validierung mangelt.

Warum Schweiß wichtig ist: Ein praktisches Biofluid

Sweat kombiniert auf einzigartige Weise Patientenkomfort mit starkem Analysepotenzial. Es ist leicht zugänglich, erfordert keine Nadeln und kann während der Arbeit, beim Training oder im täglichen Leben wiederholt eingesammelt werden. Chemisch gesehen transportiert Schweiß Elektrolyte wie Natrium (Na⁺), Kalium (K⁺) und Chlorid (Cl⁻) sowie kleine Metaboliten wie Laktat, Glucose und β-Hydroxybutyrat sowie Proteine ​​und Lipide in geringerer Menge.

Es kann auch Xenobiotika transportieren und so die Überwachung von Drogen, Alkoholersatzstoffen und Umweltgiften ermöglichen. Da Flecken tagelang auf der Haut verbleiben können, bietet Schweiß ein breiteres Erkennungsfenster als Punkturin oder Fingerabdruckblut, was besonders für Längsschnitttrends, Adhärenzprüfungen und Feldstudien nützlich ist. Schwankungen in der Drüsenaktivität, Verunreinigungen der Hautoberfläche und Schweißrate führen jedoch dazu, dass die Ergebnisse mit Vorsicht interpretiert werden müssen und häufig eine Normalisierung erfordern.

Wie Substanzen in den Schweiß gelangen: Physiologie und Transport

Ekkrine Drüsen, die über den größten Teil der Haut verteilt sind, und apokrine Drüsen, die in den Achselhöhlen und anderen Regionen konzentriert sind, scheiden leicht sauren und größtenteils wässrigen Schweiß aus. Moleküle gelangen durch passive Diffusion aus dem Blutinterstitium, aktiven Transport über Pumpen wie P-Glykoprotein (P-gp), rezeptorvermittelte Prozesse oder nach lokalem Stoffwechsel in Drüsenzellen in den Schweiß.

Talgsekrete vermischen sich mit dem Schweiß auf der Haut und fügen Lipide hinzu, die hydrophobe Verbindungen transportieren können. Die physikalisch-chemischen Eigenschaften sind wichtig: Kleine, weniger proteingebundene und lipophilere Basen neigen dazu, sich besser zu verteilen. Dies hilft zu erklären, warum bestimmte psychoaktive Medikamente, Pestizidrückstände und Alkoholmetaboliten im Schweiß auftauchen, auch wenn sie nicht im Blut oder Urin vorkommen. Dennoch sind die Wege hinter der Schweißsekretion noch nicht vollständig geklärt, und wie leicht verschiedene Verbindungen in den Schweiß gelangen, kann sehr unterschiedlich sein.

Von Patches bis Tattoos: Sampling und Geräte

Die Sammlung hat sich von Tupfern und Kapillarspiralen zu integrierten Systemen entwickelt. Das Macroduct-System nutzt Pilocarpin-Iontophorese, um lokales Schwitzen zu induzieren und sammelt Mikrolitervolumina über Schläuche. Die Klebepflaster von PharmChek sammeln im Laufe der Zeit nichtflüchtige Analyte an und verfügen über Manipulationsschutzfunktionen, um die Produktkette aufrechtzuerhalten. DrugWipe bietet ein schnelles immunchromatographisches Screening vor Ort.

Mikrofluidische Pflaster in Sportqualität, wie das Gx Sweat Patch, leiten den Schweiß durch farbverändernde Kanäle und lassen sich mit Smartphone-Apps koppeln, um die Schweißrate und den Natriumverlust abzuschätzen. Neuere auflösbare Mikronadelpflaster geben Pilocarpin ab, ohne dass eine externe Stromversorgung erforderlich ist, wodurch der Komfort und die Durchführbarkeit bei Säuglingen verbessert werden.

Bei jeder Methode werden Komfort, Volumen und Kontaminationsrisiko unterschiedlich gehandhabt, daher müssen die Protokolle zum Anwendungsfall passen, da keine Erfassungsmethode universell für alle Umgebungen geeignet ist.

Aufbereitung und Quantifizierung winziger Signale

Da die Schweißmengen gering und die Konzentrationen niedrig sind, sind voranalytische Schritte von entscheidender Bedeutung. Die Flüssig-Flüssig-Extraktion reichert die Analyten an; Die Derivatisierung verbessert die Leistung der Gaschromatographie für nichtflüchtige Metaboliten. Die Festphasenextraktion isoliert Ziele im Spurenbereich, während die dispersive Pipettenspitzen-Festphasenextraktion (DPX) den Arbeitsablauf beschleunigt und die Empfindlichkeit für psychoaktive Panels erhöht.

Ebenso wichtig ist die Normalisierung: Die Verwendung von endogenem Natrium als interne Referenz kann das in Patches eingeschlossene variable Volumen korrigieren und die Vergleichbarkeit zwischen Proben verbessern. Um Kontaminationen zu reduzieren, sind klare Anleitungen zur Hautreinigung, zur Vermeidung von topischen Mitteln, zur Haarentfernung und zur Handhabung unerlässlich. Zusammen verwandeln diese Schritte Mikroliter verdünnten Schweiß in entscheidungsreife Daten.

Analytische Engines und Omics für Discovery

Tischplattformen erweitern die Möglichkeiten dessen, was Wearables noch nicht können. Kernspinresonanz (NMR) ermöglicht schnelle, zerstörungsfreie Schnappschüsse des Schweißmetaboloms.

Die Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS) bleibt der Goldstandard für flüchtige organische Verbindungen; Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) und hochauflösende Massenspektrometrie quantifizieren Medikamente, Zytokine, Lipide und kleine Metaboliten mit hoher Spezifität. Die Kapillarelektrophorese-Massenspektrometrie (CE-MS) eignet sich hervorragend für die Analyse polarer Metaboliten.

Auf der Entdeckungsseite offenbaren Metabolomik und Proteomik krankheitsbedingte Signaturen. Studien haben über Schweißunterschiede bei atopischer Dermatitis, Mukoviszidose (CF), Tuberkulose und möglichen Lungenkrebsmarkern berichtet. Diese Omics-Auslesungen geben Aufschluss darüber, welche Biomarker robust genug sind, um in Sensoren der nächsten Generation zu migrieren.

Klinische und reale Anwendungen

Die CF-Diagnose stützt sich immer noch auf erhöhte Chloridwerte im Schweiß, wobei Werte über 60 mmol/L eine starke Unterstützung darstellen.

Bei Diabetes sind tragbare elektrochemische Sensoren zunehmend in der Lage, den Schweißglukosespiegel synchron mit den Bluttrends zu verfolgen, wenn die Probenahme gut kontrolliert wird. Einige Patches integrieren jetzt die Sensorik mit der Medikamentenabgabe durch Mikronadeln zur Unterstützung im geschlossenen Regelkreis.

Panels von entzündlichen Zytokinen, darunter Interleukin-6 (IL-6), Interleukin-8 (IL-8), Interleukin-10 (IL-10) und Tumornekrosefaktor-alpha (TNF-α), sind im Pikogramm-pro-Milliliter-Bereich messbar und öffnen Türen für die Überwachung von Krankheitsschüben. Alkoholkonsum kann durch Schweißethanol oder Ethylglucuronid nachgewiesen werden.

Der Einsatz im öffentlichen Gesundheitswesen reicht von der Anleitung zur Flüssigkeitszufuhr für Sportler und hitzeexponierte Arbeitnehmer bis hin zum Screening auf Schadstoffe vor Ort.

Forensik, Arbeitsplätze und Auswirkungen auf die Gemeinschaft

Die diskrete, nicht-invasive Probenahme mit langem Zeitfenster von Sweat unterstützt die Bewährungsüberwachung, Behandlungsprogramme und Anti-Doping-Maßnahmen und ergänzt den Urin dort, wo Manipulationen häufig vorkommen. PharmChek-Pflaster plus GC-MS oder LC-MS/MS bestätigen Stimulanzien und Opioide, während Schnelltests ein Screening am Straßenrand und am Arbeitsplatz ermöglichen. Über die Gerechtigkeit hinaus verfolgt Sweat den Einsatz von Pestiziden am Arbeitsplatz und kommunalen Schadstoffen und unterstützt Katastrophenhilfemaßnahmen.

Herausforderungen und der Weg in die Zukunft

Bei der Übersetzung gibt es Schwankungen im Ablauf und in der Zusammensetzung, die Kontext, Kalibrierung und Normalisierung erfordern. Haut-, Talg- und Umweltverschmutzung können Spurenziele verfälschen und strenge Materialien und Protokolle erfordern.

Vielen Biomarkern mangelt es an Validierung und einer klaren Dosis-Wirkungs-Beziehung. Zu den Möglichkeiten gehören die Musterung durch künstliche Intelligenz, flexible Elektronik, dehnbare Batterien und Funkgeräte mit geringem Stromverbrauch für eine komfortable kontinuierliche Überwachung überall. Die KI-Integration bleibt jedoch eher prospektiv als etabliert, was darauf hindeutet, dass die Schweißdiagnostik Fortschritte macht, aber noch nicht klinisch routinemäßig ist.

Schlussfolgerungen

Diese Überprüfung zeigt, dass Schweiß als glaubwürdige Diagnose- und Überwachungsmatrix dient, wenn sorgfältige Probenahme, robuste Vorbereitung und validierte Analytik kombiniert werden. Die Autoren erklären, dass moderne Pflaster, Mikrofluidik und elektrochemische Sensoren Elektrolyte, Glukose, entzündliche ILs, Alkoholmarker und Medikamente messen können, während Laborplattformen und Omics die Entdeckung und Spezifität erweitern.

Sie betonen die Vorteile von CF-Tests, Diabetes-Unterstützung, Forensik und öffentlicher Gesundheit, erkennen jedoch die Herausforderungen der Variabilität, Kontamination und unvollständigen Validierung an. Sie kommen zu dem Schluss, dass standardisierte Arbeitsabläufe, Volumennormalisierung und prospektive Studien in Kombination mit einer durch künstliche Intelligenz unterstützten Interpretation notwendig sind, um Schweißtests vom vielversprechenden zum routinemäßigen klinischen und gemeinschaftlichen Einsatz zu überführen.

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Quellen: