Badanie potu może zmienić monitorowanie leków i opiekę diabetologiczną

Badanie potu może zmienić monitorowanie leków i opiekę diabetologiczną

Od śledzenia poziomu glukozy po wykrywanie narażenia na toksyny – naukowcy pokazują, że pot może konkurować z krwią w roli zasobu diagnostycznego, jeśli technologia i standaryzacja będą się rozwijać wystarczająco szybko.

Badanie: Pot jako biopłyn diagnostyczny: postępy analityczne i przyszłe kierunki. Źródło zdjęcia: PeopleImages/Shutterstock.com

Niedawno opublikowana recenzja wJournal of Pharmaceutical Analysisopisuje, w jaki sposób można zbierać i analizować pot, aby uzyskać wgląd w stan zdrowia, oraz podkreśla urządzenia, przepływy pracy, aplikacje i luki, którymi nadal należy się zająć.

tło

Pot wytwarzany przez 2 do 4 milionów gruczołów potowych jest przezroczystym, lekko kwaśnym płynem zawierającym elektrolity, metabolity, białka, a nawet ksenobiotyki. W przeciwieństwie do badań krwi, pobieranie próbek potu jest procedurą bezbolesną i obarczoną niskim ryzykiem, nadającą się do badań powtarzanych lub w terenie.

Najnowsze osiągnięcia umożliwiły połączenie plastrów mikroprzepływowych i bezprzewodowych biosensorów z metodami laboratoryjnymi, umożliwiając wykrywanie śladowych ilości interleukin (IL), glukozy, β-hydroksymaślanu i leków. Poza klinikami pot pomaga w kryminalistyce i nadzorze, ale stężenia są niskie, ilości są zróżnicowane, a zanieczyszczenie stanowi poważny problem.

Konieczne są dalsze badania w celu standaryzacji zbierania, normalizacji wyników i walidacji biomarkerów, ponieważ wiele markerów opartych na pocie nie jest jasnych w zakresie zależności dawka-odpowiedź i walidacji klinicznej.

Dlaczego pot ma znaczenie: praktyczny biopłyn

Pot w unikalny sposób łączy komfort pacjenta z potężnym potencjałem analitycznym. Jest łatwo dostępny, nie wymaga igieł i można go zbierać wielokrotnie podczas pracy, ćwiczeń lub życia codziennego. Z chemicznego punktu widzenia pot transportuje elektrolity, takie jak sód (Na⁺), potas (K⁺) i chlorki (Cl⁻), a także drobne metabolity, takie jak mleczan, glukoza i β-hydroksymaślan, a także białka i lipidy w mniejszych ilościach.

Może także transportować ksenobiotyki, umożliwiając monitorowanie narkotyków, substytutów alkoholu i toksyn środowiskowych. Ponieważ plamy mogą utrzymywać się na skórze przez kilka dni, pot zapewnia szersze okno wykrywania niż mocz punktowy lub krew odcisków palców, co jest szczególnie przydatne w przypadku trendów podłużnych, testów przyczepności i badań terenowych. Jednak wahania aktywności gruczołów, zanieczyszczenie powierzchni skóry i szybkość pocenia powodują, że wyniki należy interpretować ostrożnie i często wymagają normalizacji.

Jak substancje dostają się do potu: fizjologia i transport

Gruczoły ekrynowe, rozmieszczone na większości skóry, oraz gruczoły apokrynowe, skupione pod pachami i w innych okolicach, wydzielają lekko kwaśny i przeważnie wodnisty pot. Cząsteczki dostają się do potu w wyniku biernej dyfuzji ze śródmiąższu krwi, aktywnego transportu za pośrednictwem pomp, takich jak glikoproteina P (P-gp), procesów za pośrednictwem receptorów lub po miejscowym metabolizmie w komórkach gruczołowych.

Wydzielina łojowa miesza się z potem na skórze i dodaje lipidy, które mogą transportować związki hydrofobowe. Właściwości fizykochemiczne są ważne: małe, mniej związane z białkami i bardziej lipofilowe zasady mają tendencję do lepszej dystrybucji. Pomaga to wyjaśnić, dlaczego niektóre leki psychoaktywne, pozostałości pestycydów i metabolity alkoholu pojawiają się w pocie, nawet jeśli nie są wykrywane we krwi ani w moczu. Jednak ścieżki wydzielania potu nie są jeszcze w pełni poznane, a łatwość, z jaką różne związki przedostają się do potu, może się znacznie różnić.

Od naszywek po tatuaże: próbki i urządzenia

Kolekcja ewoluowała od wymazówek i cewek kapilarnych do zintegrowanych systemów. System Macroduct wykorzystuje jontoforezę pilokarpinową do wywoływania miejscowego pocenia się i zbiera objętości mikrolitrowe przez rurkę. Plastry samoprzylepne PharmChek gromadzą z czasem nielotne anality i są wyposażone w zabezpieczenia przed manipulacją, co pozwala zachować kontrolę pochodzenia. DrugWipe zapewnia szybkie badania przesiewowe immunochromatograficzne na miejscu.

Plastry mikroprzepływowe klasy sportowej, takie jak Gx Sweat Patch, kierują pot przez kanały zmieniające kolor i łączą się z aplikacjami na smartfony, aby oszacować szybkość pocenia się i utratę sodu. Nowsze, rozpuszczalne plastry z mikroigłami dostarczają pilokarpinę bez konieczności zasilania zewnętrznego, poprawiając komfort i wykonalność stosowania u niemowląt.

Każda metoda inaczej radzi sobie z komfortem, objętością i ryzykiem zanieczyszczenia, dlatego protokoły muszą być dostosowane do przypadku użycia, ponieważ żadna metoda zbierania nie jest uniwersalna i odpowiednia dla wszystkich środowisk.

Przygotowanie i kwantyfikacja drobnych sygnałów

Ponieważ ilość potu jest niewielka, a jego stężenie niskie, kluczowe znaczenie mają etapy przedanalityczne. Ekstrakcja ciecz-ciecz wzbogaca anality; Derywatyzacja poprawia wydajność chromatografii gazowej dla nielotnych metabolitów. Ekstrakcja do fazy stałej izoluje cele na poziomach śladowych, natomiast ekstrakcja do fazy stałej z końcówką dyspersyjną (DPX) przyspiesza przepływ pracy i zwiększa czułość paneli psychoaktywnych.

Równie ważna jest normalizacja: użycie endogennego sodu jako wewnętrznego odniesienia może skorygować zmienną objętość uwięzioną w plamach i poprawić porównywalność między próbkami. Aby ograniczyć zanieczyszczenie, niezbędne są jasne instrukcje dotyczące oczyszczania skóry, unikania stosowania miejscowego, usuwania włosów i obchodzenia się z produktem. Łącznie te kroki przekształcają mikrolitry rozcieńczonego potu w przydatne dane.

Silniki analityczne i omiki do odkryć

Platformy stołowe poszerzają możliwości tego, czego urządzenia do noszenia jeszcze nie potrafią. Jądrowy rezonans magnetyczny (NMR) umożliwia szybkie i nieniszczące migawki metabolomu potu.

Chromatografia gazowa ze spektrometrią mas (GC-MS) pozostaje złotym standardem w przypadku lotnych związków organicznych; Chromatografia cieczowa z tandemową spektrometrią mas (LC-MS/MS) i wysokorozdzielcza spektrometria mas pozwalają na ilościową analizę leków, cytokin, lipidów i małych metabolitów z dużą swoistością. Spektrometria mas z elektroforezą kapilarną (CE-MS) idealnie nadaje się do analizy metabolitów polarnych.

Jeśli chodzi o odkrycie, metabolomika i proteomika ujawniają sygnatury związane z chorobami. Badania wykazały różnice w pocie w przypadku atopowego zapalenia skóry, mukowiscydozy (CF), gruźlicy i możliwych markerów raka płuc. Te odczyty omiczne zapewniają wgląd w to, które biomarkery są wystarczająco solidne, aby migrować do czujników nowej generacji.

Zastosowania kliniczne i rzeczywiste

Rozpoznanie mukowiscydozy nadal opiera się na podwyższonym stężeniu chlorków w pocie, przy czym poziom powyżej 60 mmol/l stanowi silne wsparcie.

W przypadku cukrzycy przenośne czujniki elektrochemiczne w coraz większym stopniu umożliwiają śledzenie poziomu glukozy w pocie w sposób zsynchronizowany z trendami we krwi, jeśli pobieranie próbek jest dobrze kontrolowane. Niektóre plastry integrują obecnie wykrywanie z dostarczaniem leku za pomocą mikroigły, zapewniając wsparcie w pętli zamkniętej.

Panele cytokin zapalnych, w tym interleukina-6 (IL-6), interleukina-8 (IL-8), interleukina-10 (IL-10) i czynnik martwicy nowotworu alfa (TNF-α), są mierzalne w zakresie pikogramów na mililitr, co otwiera drzwi do monitorowania zaostrzeń choroby. Spożycie alkoholu można wykryć na podstawie etanolu w pocie lub glukuronianu etylu.

Zastosowania w zakresie zdrowia publicznego obejmują wytyczne dotyczące nawodnienia sportowców i pracowników narażonych na działanie ciepła, a także przeprowadzane na miejscu badania przesiewowe pod kątem substancji zanieczyszczających.

Kryminalistyka, praca i wpływ na społeczność

Dyskretne, nieinwazyjne pobieranie próbek przez długi okres czasu firmy Sweat ułatwia monitorowanie w okresie próbnym, programy leczenia i środki antydopingowe, a także uzupełnia mocz w miejscach, w których często dochodzi do manipulacji. Plastry PharmChek oraz GC-MS lub LC-MS/MS potwierdzają obecność środków pobudzających i opioidów, natomiast szybkie testy umożliwiają kontrolę przy krawężniku i w miejscu pracy. Poza wymiarem sprawiedliwości Sweat monitoruje użycie pestycydów w miejscu pracy i zanieczyszczenia w miastach oraz wspiera działania związane z usuwaniem skutków klęsk żywiołowych.

Wyzwania i przyszłość

Podczas tłumaczenia występują różnice w przepływie i składzie, które wymagają kontekstu, kalibracji i normalizacji. Skóra, sebum i zanieczyszczenie środowiska mogą zmylić cele śladowe i wymagają rygorystycznych materiałów i protokołów.

Wiele biomarkerów nie posiada walidacji ani wyraźnego związku dawka-odpowiedź. Możliwości obejmują tworzenie wzorców sztucznej inteligencji, elastyczną elektronikę, akumulatory z możliwością rozbudowy i radia o małej mocy, zapewniające wygodny ciągły nadzór w dowolnym miejscu. Jednak integracja sztucznej inteligencji jest raczej perspektywiczna niż ustalona, ​​co sugeruje, że diagnostyka potu czyni postępy, ale nie jest jeszcze rutynowa klinicznie.

Wnioski

Przegląd ten pokazuje, że pot służy jako wiarygodna matryca diagnostyczna i monitorująca, jeśli połączy się staranne pobieranie próbek, solidne przygotowanie i potwierdzone dane analityczne. Autorzy wyjaśniają, że nowoczesne plastry, czujniki mikroprzepływowe i czujniki elektrochemiczne mogą mierzyć elektrolity, glukozę, zapalne IL, markery alkoholowe i leki, podczas gdy platformy laboratoryjne i omiki zwiększają odkrycia i swoistość.

Podkreślają korzyści płynące z badań CF, wsparcia diabetologicznego, medycyny sądowej i zdrowia publicznego, ale dostrzegają wyzwania związane ze zmiennością, zanieczyszczeniem i niepełną walidacją. Doszli do wniosku, że ustandaryzowane przepływy pracy, normalizacja objętości i badania prospektywne w połączeniu z interpretacją wspomaganą sztuczną inteligencją są niezbędne, aby przenieść badanie potu z obiecującego do rutynowego stosowania klinicznego i społecznościowego.

Pobierz teraz swoją kopię PDF!

Źródła: