Il test del sudore potrebbe trasformare il monitoraggio dei farmaci e la cura del diabete

Il test del sudore potrebbe trasformare il monitoraggio dei farmaci e la cura del diabete

Dal monitoraggio del glucosio al rilevamento dell’esposizione alle tossine, gli scienziati mostrano come il sudore potrebbe rivaleggiare con il sangue come risorsa diagnostica se la tecnologia e la standardizzazione avanzassero abbastanza velocemente.

Studio: Il sudore come biofluido diagnostico: progressi analitici e direzioni future. Credito fotografico: PeopleImages/Shutterstock.com

Una recensione recentemente pubblicata suGiornale di analisi farmaceuticadescrive come il sudore può essere raccolto e analizzato per ottenere informazioni dettagliate sulla salute ed evidenzia i dispositivi, i flussi di lavoro, le applicazioni e le lacune che devono ancora essere colmate.

sfondo

Prodotto da 2 a 4 milioni di ghiandole sudoripare, il sudore è un fluido limpido, leggermente acido che contiene elettroliti, metaboliti, proteine ​​e persino xenobiotici. A differenza degli esami del sangue, il prelievo del sudore è una procedura indolore e a basso rischio, adatta per test ripetuti o sul campo.

I recenti progressi hanno accoppiato patch microfluidici e biosensori wireless con metodi di laboratorio, consentendo il rilevamento di tracce di interleuchine (IL), glucosio, β-idrossibutirrato e farmaci. Al di fuori delle cliniche, il sudore aiuta nelle analisi forensi e nella sorveglianza, ma le concentrazioni sono basse, le quantità variano e la contaminazione è una vera preoccupazione.

Sono necessarie ulteriori ricerche per standardizzare la raccolta, normalizzare i risultati e convalidare i biomarcatori, poiché molti marcatori basati sul sudore mancano di chiarezza per quanto riguarda le relazioni dose-risposta e la convalida clinica.

Perché il sudore è importante: un biofluido pratico

Sweat combina in modo unico il comfort del paziente con un potente potenziale analitico. È facilmente accessibile, non richiede aghi e può essere raccolto ripetutamente durante il lavoro, l'esercizio fisico o la vita quotidiana. Chimicamente parlando, il sudore trasporta elettroliti come sodio (Na⁺), potassio (K⁺) e cloruro (Cl⁻), nonché piccoli metaboliti come lattato, glucosio e β-idrossibutirrato, nonché proteine ​​e lipidi in quantità minori.

Può anche trasportare xenobiotici, consentendo il monitoraggio di farmaci, sostituti dell’alcol e tossine ambientali. Poiché le macchie possono rimanere sulla pelle per giorni, il sudore fornisce una finestra di rilevamento più ampia rispetto alle macchie di urina o al sangue delle impronte digitali, il che è particolarmente utile per tendenze longitudinali, test di aderenza e studi sul campo. Tuttavia, le fluttuazioni nell'attività ghiandolare, nella contaminazione della superficie cutanea e nella velocità di sudorazione implicano che i risultati devono essere interpretati con cautela e spesso richiedono la normalizzazione.

Come le sostanze entrano nel sudore: fisiologia e trasporto

Le ghiandole eccrine, distribuite su gran parte della pelle, e le ghiandole apocrine, concentrate sotto le ascelle e in altre regioni, secernono sudore leggermente acido e prevalentemente acquoso. Le molecole entrano nel sudore attraverso la diffusione passiva dall'interstizio sanguigno, il trasporto attivo tramite pompe come la glicoproteina P (P-gp), processi mediati dai recettori o dopo il metabolismo locale nelle cellule ghiandolari.

Le secrezioni sebacee si mescolano con il sudore della pelle e aggiungono lipidi che possono trasportare composti idrofobici. Le proprietà fisico-chimiche sono importanti: le basi piccole, meno legate alle proteine ​​e più lipofile tendono a distribuirsi meglio. Questo aiuta a spiegare perché alcuni farmaci psicoattivi, residui di pesticidi e metaboliti dell’alcol sono presenti nel sudore anche se non si trovano nel sangue o nelle urine. Tuttavia, i percorsi alla base della secrezione del sudore non sono ancora del tutto chiari e la facilità con cui i diversi composti entrano nel sudore può variare ampiamente.

Dai cerotti ai tatuaggi: campionature e dispositivi

La raccolta si è evoluta da tamponi e bobine capillari a sistemi integrati. Il sistema Macroduct utilizza la ionoforesi della pilocarpina per indurre la sudorazione locale e raccoglie volumi di microlitri tramite tubi. I cerotti adesivi PharmChek accumulano analiti non volatili nel tempo e sono dotati di caratteristiche a prova di manomissione per mantenere la catena di custodia. DrugWipe fornisce uno screening immunocromatografico rapido in loco.

I cerotti microfluidici di livello sportivo, come il Gx Sweat Patch, dirigono il sudore attraverso canali che cambiano colore e si accoppiano con le app dello smartphone per stimare il tasso di sudorazione e la perdita di sodio. I nuovi cerotti solubili con microaghi forniscono pilocarpina senza la necessità di energia esterna, migliorando il comfort e la fattibilità nei neonati.

Ciascun metodo gestisce il comfort, il volume e il rischio di contaminazione in modo diverso, quindi i protocolli devono adattarsi al caso d'uso poiché nessun metodo di raccolta è universalmente adatto a tutti gli ambienti.

Preparazione e quantificazione di piccoli segnali

Poiché la quantità di sudore è piccola e le concentrazioni sono basse, i passaggi pre-analitici sono cruciali. L'estrazione liquido-liquido arricchisce gli analiti; La derivatizzazione migliora le prestazioni della gascromatografia per i metaboliti non volatili. L'estrazione in fase solida isola i target a livelli di tracce, mentre l'estrazione in fase solida con puntale dispersivo (DPX) accelera il flusso di lavoro e aumenta la sensibilità per i pannelli psicoattivi.

Altrettanto importante è la normalizzazione: l’utilizzo del sodio endogeno come riferimento interno può correggere il volume variabile intrappolato nei cerotti e migliorare la comparabilità tra i campioni. Per ridurre la contaminazione, sono essenziali istruzioni chiare sulla pulizia della pelle, sulla prevenzione topica, sulla depilazione e sulla manipolazione. Insieme, questi passaggi trasformano microlitri di sudore diluito in dati utilizzabili.

Motori analitici e omiche per la scoperta

Le piattaforme da tavolo espandono le possibilità di ciò che i dispositivi indossabili non possono ancora fare. La risonanza magnetica nucleare (NMR) consente istantanee rapide e non distruttive del metaboloma del sudore.

La gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS) rimane il gold standard per i composti organici volatili; La cromatografia liquida-spettrometria di massa tandem (LC-MS/MS) e la spettrometria di massa ad alta risoluzione quantificano farmaci, citochine, lipidi e piccoli metaboliti con elevata specificità. La spettrometria di massa con elettroforesi capillare (CE-MS) è ideale per l'analisi dei metaboliti polari.

Dal punto di vista della scoperta, la metabolomica e la proteomica rivelano le tracce legate alla malattia. Gli studi hanno riportato differenze nel sudore nella dermatite atopica, nella fibrosi cistica (FC), nella tubercolosi e in possibili marcatori di cancro ai polmoni. Queste letture omiche forniscono informazioni su quali biomarcatori sono sufficientemente robusti da migrare nei sensori di prossima generazione.

Applicazioni cliniche e nel mondo reale

La diagnosi di fibrosi cistica si basa ancora su livelli elevati di cloruro nel sudore, con livelli superiori a 60 mmol/L che forniscono un forte supporto.

Nel diabete, i sensori elettrochimici indossabili sono sempre più in grado di monitorare i livelli di glucosio nel sudore in sincronia con le tendenze del sangue quando il campionamento è ben controllato. Alcuni cerotti ora integrano il rilevamento con la somministrazione di farmaci tramite microaghi per il supporto a circuito chiuso.

Pannelli di citochine infiammatorie, tra cui l'interleuchina-6 (IL-6), l'interleuchina-8 (IL-8), l'interleuchina-10 (IL-10) e il fattore di necrosi tumorale alfa (TNF-α), sono misurabili nell'ordine dei picogrammi per millilitro, aprendo le porte al monitoraggio delle riacutizzazioni della malattia. Il consumo di alcol può essere rilevato dall’etanolo del sudore o dall’etilglucuronide.

L’uso nella sanità pubblica spazia dalle indicazioni sull’idratazione per gli atleti e i lavoratori esposti al calore allo screening degli inquinanti in loco.

Medicina legale, lavoro e impatto sulla comunità

Il campionamento discreto, non invasivo e a lungo termine di Sweat supporta il monitoraggio in libertà vigilata, i programmi di trattamento e le misure antidoping e integra l'urina laddove la manomissione è comune. I cerotti PharmChek più GC-MS o LC-MS/MS confermano stimolanti e oppioidi, mentre i test rapidi forniscono screening a domicilio e sul posto di lavoro. Al di là della giustizia, Sweat tiene traccia dell’uso di pesticidi sul posto di lavoro e degli inquinanti urbani e sostiene gli sforzi di soccorso in caso di calamità.

Le sfide e la via da seguire

Durante la traduzione, ci sono variazioni nel flusso e nella composizione che richiedono contesto, calibrazione e normalizzazione. La contaminazione della pelle, del sebo e dell'ambiente può confondere le tracce target e richiedere materiali e protocolli rigorosi.

Molti biomarcatori mancano di validazione e di una chiara relazione dose-risposta. Le funzionalità includono modelli di intelligenza artificiale, elettronica flessibile, batterie espandibili e radio a basso consumo per una comoda sorveglianza continua ovunque. Tuttavia, l’integrazione dell’intelligenza artificiale rimane potenziale piuttosto che consolidata, suggerendo che la diagnostica del sudore sta facendo progressi ma non è ancora clinicamente di routine.

Conclusioni

Questa revisione dimostra che il sudore funge da matrice diagnostica e di monitoraggio credibile quando si combinano un campionamento accurato, una preparazione solida e analisi convalidate. Gli autori spiegano che i cerotti moderni, la microfluidica e i sensori elettrochimici possono misurare elettroliti, glucosio, IL infiammatori, marcatori alcolici e farmaci, mentre le piattaforme di laboratorio e gli omici ampliano la scoperta e la specificità.

Sottolineano i benefici dei test CF, del supporto del diabete, della medicina legale e della salute pubblica, ma riconoscono le sfide della variabilità, della contaminazione e della validazione incompleta. Gli autori concludono che flussi di lavoro standardizzati, normalizzazione del volume e studi prospettici combinati con l’interpretazione assistita dall’intelligenza artificiale sono necessari per spostare i test del sudore dall’uso promettente all’uso clinico e comunitario di routine.

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Fonti: