Chronischer Stress kann zu erhöhtem Blutdruck und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, einer geschwächten Immunfunktion, Depressionen und Angstzuständen führen. Leider sind die Instrumente zur Stressüberwachung oft ungenau oder teuer und basieren auf Selbstauskunftsfragebögen und psychiatrischen Untersuchungen.
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Nafize Ishtiaque Hossain
Nun haben ein interdisziplinärer Ingenieur von Tufts und sein Team ein einfaches Gerät entwickelt, das auf der Verwendung speziell entwickelter Zahnseide basiert und mit dem sich Cortisol, ein Stresshormon, problemlos und präzise in Echtzeit messen lässt.
„Es begann mit einer Zusammenarbeit mehrerer Abteilungen der Tufts University, die untersuchten, wie sich Stress und andere kognitive Zustände auf Problemlösung und Lernen auswirken “, sagte Sameer Sonkusale, Professor für Elektro- und Computertechnik. „Wir wollten vermeiden, dass Messungen eine zusätzliche Stressquelle schaffen, und dachten daher: Können wir ein Sensorgerät entwickeln, das Teil der täglichen Routine wird? Cortisol ist ein Stressmarker, der im Speichel vorkommt. Daher erschien die Verwendung von Zahnseide als naheliegend, um täglich eine Probe zu entnehmen.“
Ihr Entwurf einer Zahnseide mit Speichelsensor sieht aus wie ein herkömmlicher Zahnseidenhalter. Der Faden ist über zwei Zinken gespannt, die von einem flachen, etwa zeigefingergroßen Kunststoffgriff ausgehen. Der Speichel wird durch Kapillarwirkung durch einen sehr engen Kanal in der Zahnseide aufgenommen. Die Flüssigkeit wird in den Griff des Zahnseidehalters und eine daran befestigte Lasche gesaugt, wo sie sich über Elektroden verteilt, die das Cortisol messen.
Die Cortisolerkennung auf den Elektroden erfolgt mithilfe einer bemerkenswerten Technologie, die vor fast 30 Jahren entwickelt wurde: elektropolymerisierte molekular geprägte Polymere (eMIPs). Sie funktionieren ähnlich wie ein Gipsabdruck der Hand. Ein Polymer wird um ein Matrizenmolekül, in diesem Fall Cortisol, gebildet, das später entfernt wird und Bindungsstellen hinterlässt. Diese Stellen haben ein physikalisches und chemisches Formgedächtnis für das Zielmolekül und können so frei schwebende Moleküle binden.
Die eMIP-Formen sind vielseitig einsetzbar. So lassen sich Zahnseidesensoren herstellen, die auch andere im Speichel vorkommende Moleküle erkennen, wie etwa Östrogen zur Fruchtbarkeitsüberwachung, Glukose zur Diabetesüberwachung oder Krebsmarker. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, mehrere Biomarker gleichzeitig im Speichel zu erkennen, um Stress, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs und andere Erkrankungen genauer zu überwachen.
Die Genauigkeit der Cortisolsensoren ist vergleichbar mit den leistungsstärksten Sensoren auf dem Markt oder in der Entwicklung. Die Einführung dieses Geräts in den Haushalt und in die Hände von Menschen ohne Schulung ermöglicht es, Stressmonitoring in viele Bereiche der Gesundheitsversorgung zu integrieren. Derzeit gründen Sonkusale und seine Kollegen ein Startup, um das Produkt auf den Markt zu bringen.
Er weist darauf hin, dass der Zahnseidesensor zwar quantitativ hochgenau sei, die Verfolgung von Markern im Speichel jedoch am besten zur Überwachung, nicht aber zur Erstdiagnose einer Erkrankung geeignet sei. Dies liege unter anderem daran, dass Speichelmarker von Person zu Person variieren könnten.
„In der Diagnostik ist Blut immer noch der Goldstandard, aber wenn Sie erst einmal diagnostiziert wurden und Medikamente einnehmen und beispielsweise eine Herz-Kreislauf-Erkrankung im Laufe der Zeit verfolgen müssen, um zu sehen, ob sich Ihre Herzgesundheit verbessert, dann kann die Überwachung mit dem Sensor einfach sein und ermöglicht bei Bedarf rechtzeitige Eingriffe“, sagt er.
Die neue, in der Fachzeitschrift ACS Applied Materials and Interfaces veröffentlichte Forschung ergänzt eine Reihe von fadenbasierten Sensorinnovationen von Sonkusale und seinem Forschungsteam, darunter Sensoren, die in Kleidung eingebettet Gase , Metaboliten im Schweiß oder Bewegungen erkennen können, sowie Transistoren , die in flexible elektronische Geräte eingewebt werden können.
