Лабораторія на контактній лінзі вимірює стрес через серотонін

Мініатюрна «лабораторія на контактній лінзі» здатна вимірювати нейромедіатор серотонін у сльозах, що може стати новим способом неінвазивно аналізувати рівень стресу. Дослідження опублікували 16 вересня в журналі Science Translational Medicine, а пристрій створила команда Terasaki Institute у Лос-Анджелесі.

Серотонін як сигнал стресу

Стрес пов'язують із розвитком депресії, шизофренії та інших розладів, але лікарі часто оцінюють його за допомогою опитувальників чи щоденників, які дуже суб'єктивні. Серотонін, який називають «гормоном гарного настрою», відіграє центральну роль у регуляції настрою. Він міститься переважно в травному тракті, крові та нервовій системі, а невеликі кількості є й у сльозах.

«Сльози можуть стати практичним неінвазивним джерелом біохімічної інформації, яку можна вимірювати багаторазово», — каже Янчжи Чжу, директор центру біомедичних пристроїв Terasaki Institute. За його словами, біомаркерні тести досі спираються на аналіз крові, який дає лише один знімок стану.

Як працює лінза

Команда виготовила м'які багаторазові гідрогелеві лінзи з гнучкими електродами з графену та срібла, надрукованими у вигляді змієподібних візерунків, що витримують повторну деформацію. Щоб виявляти серотонін надійно й повторювано, на графен нанесли сполуку фероцен. Оскільки серотонін присутній у дуже низьких концентраціях, каже Чжу, «сенсор має бути надзвичайно чутливим і водночас відрізняти серотонін від інших молекул у сльозах».

У лабораторних чашках зі штучними сльозами, збагаченими серотоніном, лінзи виявляли концентрацію від 72 трильйонних моля на літр, значно нижче за середній рівень у сльозах людини, приблизно 15 мільярдних моля на літр. Лінзи залишалися робочими після понад 28 днів повторних перевертань, згинань, розтягувань і скручувань.

Добровольці, свиня та миші

Дослідники виміряли сльози 10 добровольців за п'ять хвилин до, одразу після та приблизно через 30 хвилин після двох стресових завдань: публічного виступу та математичних задач. Як і очікувалося, рівень серотоніну в сльозах падав зі зростанням стресу. В іншому тесті лінзу на п'ять хвилин одягли на око наркотизованої свині: вона виявила серотонін, коли в око ввели штучні сльози з концентрацією 50 і 100 наномолів, і не спричинила ознак інфекції чи подразнення. У мишей, яких щодня на кілька годин обмежували в рухах, аби підвищити стрес, серотонін упав і в крові, і в сльозах приблизно однаково.

Що далі

У лабораторії та на свині лінзи під'єднували до апаратури зчитування м'якими нікелевими дротами. Команда створила й бездротовий прототип із мініатюрним чипом NFC і розтяжною антеною для роботи без батареї та передавання даних на смартфон, але потрібні подальша оптимізація, перевірка безпеки та валідація. Чжу наголошує, що ще треба зрозуміти, як серотонін у сльозах змінюється залежно від людини, часу доби та захворювань і як ці показники співвідносяться з біомаркерами крові. Вей Ґао з Caltech, який не брав участі в роботі, називає це «захопливим напрямом у носимих біосенсорах», що виходить за межі пульсу й температури.