Le lenti a contatto intelligenti misurano la serotonina nelle lacrime / Smart contact lens measures serotonin in tears

Le lenti a contatto intelligenti misurano la serotonina nelle lacrime / Smart contact lens measures serotonin in tears

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

Una lente a contatto morbida e riutilizzabile, sviluppata presso il Terasaki Institute for Biomedical Innovation, offre un metodo non invasivo per misurare la serotonina, l'ormone legato allo stress, direttamente dalle lacrime. / A reusable, soft contact lens developed at the Terasaki Institute for Biomedical Innovation offers a non-invasive way to measure the stress-linked hormone serotonin directly from tears - Terasaki Institute for Biomedical Innovation

È stata sviluppata una lente a contatto intelligente riutilizzabile in grado di misurare la serotonina nelle lacrime, un progresso che offre un potenziale metodo per monitorare i cambiamenti fisiologici associati allo stress.

Il dispositivo è stato sviluppato da un gruppo di ricerca guidato dal dottor Yangzhi Zhu, ricercatore principale e professore assistente presso il Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI), nell'ambito del progetto Ocular Library for the Analysis of Tear Biomarkers (OCULAB).

La piattaforma OCULAB, più ampia, è progettata per utilizzare il film lacrimale come fonte di informazioni biochimiche, con l'obiettivo di consentire misurazioni ripetute senza la necessità di prelievi di sangue convenzionali. Il lavoro è descritto in dettaglio sulla rivista Science Translational Medicine .

Per l'ultimo studio, i ricercatori hanno scelto la serotonina come biomarcatore di prova di concetto, poiché è coinvolta nella regolazione dell'umore e nella fisiologia legata allo stress ed è anche presente nelle lacrime.

Il gruppo ha integrato un sensore sottile e flessibile in una lente a contatto morbida convenzionale per creare quello che ha definito un sistema "laboratorio su lente a contatto".

Il sensore utilizza il ferrocene, un composto chimico che reagisce con la serotonina producendo un segnale elettrico che può essere misurato e convertito in una concentrazione di serotonina.

I test hanno dimostrato che il sensore è in grado di rilevare concentrazioni di serotonina fino a 72 picomoli. Secondo i ricercatori, ciò garantisce una sensibilità circa 200 volte superiore a quella necessaria per misurare le tipiche concentrazioni di serotonina nelle lacrime umane.

I ricercatori hanno quindi testato il sistema su un modello murino di stress cronico e hanno scoperto che le concentrazioni di serotonina nelle lacrime diminuivano durante la condizione di stress, mentre le concentrazioni di cortisolo aumentavano nel sangue e nelle lacrime.

Uno studio pilota condotto su 10 volontari umani ha prodotto una risposta simile. I partecipanti hanno fornito campioni di lacrime durante un test di stress standardizzato, con concentrazioni di serotonina in calo durante il compito stressante, per poi tornare ai livelli basali in seguito.

La lente a contatto ha mantenuto le sue prestazioni di misurazione anche dopo ben 400 utilizzi nell'arco di diversi giorni, sebbene saranno necessari ulteriori studi per stabilirne l'idoneità all'uso a lungo termine.

"Le lacrime contengono più informazioni sul nostro corpo di quanto la maggior parte delle persone si renda conto", ha affermato il primo autore, il dottor Minwoo Kim, ricercatore post-dottorato presso il Terasaki Institute for Biomedical Innovation. "Questa lente ci permette di ricavare alcune di queste informazioni senza aghi o visite in laboratorio, direttamente da qualcosa che le persone indossano già."

Zhu ha affermato che il lavoro fa parte di un impegno più ampio volto a sviluppare dispositivi oculari in grado di monitorare i segnali biochimici nel tempo.

"L'occhio offre una finestra unica sulla fisiologia sia oculare che sistemica", ha affermato il Dott. Yangzhi Zhu, ricercatore principale e professore assistente presso il Terasaki Institute. "Attraverso il nostro programma di bioelettronica oculare, stiamo sviluppando dispositivi oculari flessibili in grado di trasformare il film lacrimale in una fonte di informazioni biochimiche longitudinali. La serotonina è un importante obiettivo di prova, ma l'obiettivo più ampio è quello di realizzare sistemi oculari indossabili capaci di monitorare molteplici biomarcatori e segnali fisiologici nel tempo."

Il sistema attuale rimane collegato ad apparecchiature di laboratorio anziché funzionare come un dispositivo indossabile completamente autonomo, pertanto i ricercatori prevedono di aggiungere componenti wireless in grado di raccogliere e trasmettere le misurazioni mentre la lente viene indossata.

Saranno inoltre necessari ulteriori studi sull'uomo per stabilire la relazione tra la serotonina lacrimale e lo stress in popolazioni più ampie e diversificate.

I ricercatori hanno identificato diversi requisiti ingegneristici aggiuntivi prima che la tecnologia potesse progredire verso le applicazioni cliniche, tra cui la stabilità a lungo termine del sensore, la calibrazione in un ambiente lacrimale variabile, il comfort per chi lo indossa, la riproducibilità della produzione e la sicurezza prolungata una volta indossato.

ENGLISH

A reusable smart contact lens has been developed to measure serotonin in tears, an advance that offers a potential method for tracking physiological changes associated with stress.

The device was developed by a research team led by Dr Yangzhi Zhu, principal investigator and assistant professor at the Terasaki Institute for Biomedical Innovation (TIBI), as part of the Ocular Library for the Analysis of Tear Biomarkers (OCULAB).

The wider OCULAB platform is designed to use the tear film as a source of biochemical information, with the aim of enabling repeated measurements without conventional blood sampling. The work is detailed in Science Translational Medicine.

For the latest study, the researchers selected serotonin as a proof-of-concept biomarker as it is involved in mood regulation and stress-related physiology and is also present in tears.

The team incorporated a thin, flexible sensor into a conventional soft contact lens to create what it described as a lab-on-a-contact-lens system.

The sensor uses ferrocene, a chemical compound that reacts with serotonin to produce an electrical signal that can then be measured and converted into a serotonin concentration.

Tests showed that the sensor could detect serotonin concentrations as low as 72 picomolar. According to the researchers, this provides sensitivity at a level around 200 times greater than that required to measure typical concentrations of serotonin in human tears.

The researchers then tested the system in a mouse model of chronic stress and found tear serotonin concentrations decreasing during the stress condition, while cortisol concentrations increased in blood and tears.

A pilot study involving 10 human volunteers produced a similar response. Participants provided tear samples during a standardised stress test, with serotonin concentrations falling during the stressful task before moving back towards baseline afterwards.

The contact lens also retained its measurement performance over as many as 400 uses across several days, although further work will be required to establish its suitability for longer-term use.

"Tears carry more information about our bodies than most people realise," said first author Dr Minwoo Kim, a postdoctoral researcher at the Terasaki Institute for Biomedical Innovation. "This lens lets us read some of that information without needles or lab visits, right from something people already wear."

Zhu said the work forms part of a wider effort to develop ocular devices capable of monitoring biochemical signals over time.

"The eye provides a unique window into both ocular and systemic physiology," said Dr Yangzhi Zhu, principal investigator and assistant professor at the Terasaki Institute. "Through our ocular bioelectronics program, we are developing soft ocular devices that can turn the tear film into a source of longitudinal biochemical information. Serotonin is an important proof-of-concept target, but the broader goal is to build wearable ocular systems capable of monitoring multiple biomarkers and physiological signals over time.”

The current system remains connected to laboratory equipment rather than operating as a fully self-contained wearable device, so the researchers plan to add wireless components capable of collecting and transmitting measurements while the lens is being worn.

Further human studies will also be needed to establish the relationship between tear serotonin and stress across larger and more diverse populations.

The researchers identified several additional engineering requirements before the technology could progress towards clinical applications, including long-term sensor stability, calibration within the changing tear environment, wearer comfort, manufacturing reproducibility and extended on-eye safety.

Da:

https://www.theengineer.co.uk/content/news/smart-contact-lens-measures-serotonin-in-tears?rcip=giuseppecotellessa%40libero.it&utm_campaign=Daily%20Bulletin%20-250926%20-%20Friday&utm_content=&utm_term=https%3A%2F%2Fwww.theengineer.co.uk%2Fcontent%2Fnews%2Fsmart-contact-lens-measures-serotonin-in-tears&utm_medium=email&utm_source=The%20Engineer