Un sensore indossabile monitora molteplici biomarcatori del diabete e della salute cardiaca / Wearable Sensor Tracks Multiple Biomarkers of Diabetes and Heart Health

Un sensore indossabile monitora molteplici biomarcatori del diabete e della salute cardiaca / Wearable Sensor Tracks Multiple Biomarkers of Diabetes and Heart Health

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

I ricercatori dell'Università della California (UC) di San Diego hanno sviluppato un sensore da polso flessibile in grado di monitorare simultaneamente ed in tempo reale diversi biomarcatori chimici e fisiologici del diabete e della salute cardiovascolare. In uno studio pubblicato su Nature Biomedical Engineering, il gruppo di ricerca ha illustrato il potenziale di questo sensore indossabile per fornire alle persone con diabete e prediabete un quadro più completo del loro stato di salute e identificare potenziali rischi cardiovascolari che i tradizionali misuratori di glicemia altrimenti non riuscirebbero ad individuare.

"Una gestione completa ed efficace del diabete richiede più di una semplice lettura della glicemia", ha affermato An-Yi Chang, PhD, ricercatore post-dottorato presso il dipartimento di ingegneria chimica e nanotecnologia dell'UC San Diego e primo autore dello studio. "Monitorando in tempo reale i segnali di glucosio, lattato, alcol e cardiovascolare, questo braccialetto indolore può aiutare le persone a comprendere meglio il proprio stato di salute ed ad intervenire tempestivamente per ridurre il rischio di diabete".

Sebbene le persone con diabete presentino un rischio elevato di malattie cardiache, i segnali fisiologici della salute cardiovascolare vengono raramente monitorati al di fuori di un contesto clinico. Il dispositivo sviluppato da Chang e colleghi mira a colmare questa lacuna fornendo agli utenti dati completi ed in tempo reale e consentendo loro di accedere ad informazioni personalizzate sulla propria salute metabolica e cardiovascolare. 

Il sensore indossabile contiene una serie di microaghi, lunghi 800 micrometri, che penetrano lo strato più esterno della pelle per campionare il fluido interstiziale e monitorare i livelli di glucosio, lattato ed alcol. Questo risultato si ottiene incorporando nei microaghi tre diversi enzimi che reagiscono con ciascuno di questi tre biomarcatori. 

Inoltre, il sensore da polso utilizza la tecnologia a ultrasuoni per misurare la pressione sanguigna e monitorare la rigidità arteriosa, e sensori per elettrocardiografia (ECG) per monitorare la frequenza cardiaca. Tutte queste informazioni vengono inviate in modalità wireless ad un dispositivo intelligente che visualizza i dati in tempo reale, aiutando gli utenti a visualizzare come le attività quotidiane, come i pasti, l'esercizio fisico ed il consumo di alcol, influenzino la glicemia e la salute del cuore.

Testato su partecipanti sani e su individui con prediabete, il sensore indossabile ha mostrato una precisione del 96% rispetto ai dispositivi disponibili in commercio per monitorare separatamente questi biomarcatori, tra cui misuratori di glucosio, etilometri e misuratori di lattato.

I risultati hanno mostrato che il consumo di bevande zuccherate non solo aumentava i livelli di glucosio, ma determinava anche un aumento della pressione sanguigna e della frequenza cardiaca, mentre il digiuno e l'esercizio fisico riducevano la rigidità arteriosa. Rispetto ai soggetti sani, i partecipanti con prediabete mostravano livelli di glucosio più elevati dopo un pasto, nonché livelli di lattato elevati, che impiegavano il doppio del tempo per tornare ai livelli basali. 

Lo studio ha inoltre evidenziato differenze di risposta tra gli individui: i non bevitori hanno mostrato aumenti significativi della pressione sanguigna e della frequenza cardiaca dopo un singolo bicchiere di vino, mentre i bevitori abituali non hanno notato cambiamenti significativi. 

I lavori futuri riguarderanno l'integrazione del monitoraggio di ulteriori biomarcatori, come i livelli di insulina e cortisolo, e l'utilizzo di algoritmi di apprendimento automatico per analizzare le grandi quantità di dati prodotte dal sensore e prevedere tendenze potenzialmente dannose. I ricercatori esploreranno anche la possibilità di eliminare la necessità di batterie, alimentando il dispositivo con l'energia solare od il sudore dell'utente.  

ENGLISH

Researchers at the University of California (UC), San Diego, have developed a flexible wristband sensor that can monitor multiple chemical and physiological biomarkers of diabetes and cardiovascular health simultaneously and in real time. In a study published in Nature Biomedical Engineering, the research team showcased the potential of this wearable sensor to give individuals with diabetes and prediabetes a more complete picture of their health status and identify potential cardiovascular risks that traditional glucose monitors would otherwise miss.

“Comprehensive and effective management of diabetes requires more than just a single glucose reading,” said An-Yi Chang, PhD, postdoctoral researcher in the department of chemical and nano engineering at UC San Diego and first author of the study. “By tracking glucose, lactate, alcohol, and cardiovascular signals in real time, this pain-free wristband can help people better understand their health and enable early action to reduce diabetes risk.”

While people with diabetes carry an elevated risk of heart disease, physiological signals of cardiovascular health are rarely monitored outside of a clinical setting. The device developed by Chang and colleagues seeks to address this gap by providing users with comprehensive, real-time data and allowing them to access personalized insights into their metabolic and cardiovascular health. 

The wearable sensor contains an array of microneedles, 800 micrometers long, that penetrate the outermost layer of the skin to sample the interstitial fluid and track glucose, lactate, and alcohol levels. This is achieved by embedding three different enzymes into the microneedles that react with each of these three biomarkers. 

In addition, the wristband sensor employs ultrasound technology to measure blood pressure and track arterial stiffness, and electrocardiography (ECG) sensors to monitor the heart rate. All this information is sent wirelessly to a smart device that displays the data in real time, helping users visualize how daily activities such as meals, exercise, and alcohol intake influence blood sugar and heart health.

When tested in healthy participants and individuals with prediabetes, the wearable sensor showed 96% accuracy compared to commercially available devices to separately track these biomarkers, including glucose monitors, breathalyzers, and lactate meters.

Results showed that consuming sugary drinks not only increased glucose levels, but also resulted in higher blood pressure and heart rates, while fasting and exercise reduced arterial stiffness. Compared to healthy individuals, participants with prediabetes showed higher glucose levels after a meal, as well as elevated lactate levels that took double the amount of time to return to baseline levels. 

The study also highlighted response differences between individuals, as non-drinkers showed significant increases in blood pressure and heart rate after a single glass of wine, while regular drinkers did not see any significant changes. 

Future work will involve integrating the monitoring of additional biomarkers, such as insulin and cortisol levels, as well as using machine learning algorithms to sort through the large amounts of data produced by the sensor and make predictions of potentially harmful trends. The researchers will also be exploring the possibility of removing the need for batteries by powering the device using solar power or sweat from the user instead.  

Da:

https://www.insideprecisionmedicine.com/topics/patient-care/wearable-sensor-tracks-multiple-biomarkers-of-diabetes-and-heart-health/?_hsenc=p2ANqtz-_vPnnTCSvXY8B9ty-Puk9L3iA2W6HbcwYKadoSxLPnEzClNO1FEpBC1rooH7hs0ULvkEmYU5gvr3Tt2vbPzRg4VTKKX47HmPkh3Tfjh6xWWg1qXmw&_hsmi=370891704