Health

Un “laboratoire portable sur la peau” compact surveille en continu le glucose, l’alcool et le lactate

Appareil portable à micro-aiguilles multitâches

L’appareil peut être porté sur le haut du bras pendant que le porteur passe sa journée. Crédit : Laboratoire de nanobioélectronique/UC San Diego

Imaginez pouvoir mesurer votre glycémie, savoir si vous avez bu trop d’alcool et suivre votre fatigue musculaire pendant une séance d’entraînement, le tout dans un seul petit appareil porté sur votre peau. Les ingénieurs de l’Université de Californie à San Diego (UCSD) ont développé un prototype d’un tel appareil portable qui peut surveiller en continu plusieurs statistiques de santé – les niveaux de glucose, d’alcool et de lactate – simultanément en temps réel.

“C’est comme un laboratoire complet sur la peau.” — Joseph Wang

L’appareil multitâche n’a qu’environ la taille d’une pile de six quarts. Il est appliqué sur la peau à travers un patch semblable à du velcro d’aiguilles microscopiques, ou micro-aiguilles, qui mesurent chacune environ un cinquième de la largeur d’un cheveu humain. Le port de l’appareil n’est pas douloureux – les micro-aiguilles pénètrent à peine la surface de la peau pour détecter les biomolécules dans le liquide interstitiel, qui est le liquide entourant les cellules sous la peau. L’appareil peut être porté sur le haut du bras et envoie des données sans fil à une application smartphone personnalisée.

Chercheurs à l’UC San Diego Centre de capteurs portables décrivent leur dispositif dans un article publié aujourd’hui (9 mai 2022) dans la revue Nature Génie biomédical.

L’appareil peut être porté sur la partie supérieure du bras et envoie des données sans fil à une application personnalisée pour smartphone Crédit : Laboratoire de nanobioélectronique / UC San Diego

“C’est comme un laboratoire complet sur la peau”, a déclaré le directeur du centre, Joseph Wang, professeur de nano-ingénierie à l’UC San Diego et co-auteur correspondant de l’article. “Il est capable de mesurer en continu plusieurs biomarqueurs en même temps, permettant aux utilisateurs de surveiller leur santé et leur bien-être pendant qu’ils effectuent leurs activités quotidiennes.”

La plupart des moniteurs de santé commerciaux, tels que les moniteurs de glucose en continu pour les patients diabétiques, ne mesurent qu’un seul signal. Le problème avec cela, selon les chercheurs, c’est qu’il laisse de côté des informations qui pourraient aider les personnes atteintes de diabète, par exemple, à gérer leur maladie plus efficacement. La surveillance des niveaux d’alcool est utile car la consommation d’alcool peut réduire les niveaux de glucose. Connaître les deux niveaux peut aider les personnes atteintes de diabète à empêcher leur glycémie de chuter trop bas après avoir pris un verre. La combinaison d’informations sur le lactate, qui peut être surveillée pendant l’exercice en tant que biomarqueur de la fatigue musculaire, est également utile car l’activité physique influence la capacité du corps à réguler le glucose.

“Avec notre portable, les gens peuvent voir l’interaction entre leurs pics ou baisses de glucose avec leur régime alimentaire, leur exercice et leur consommation de boissons alcoolisées. Cela pourrait également améliorer leur qualité de vie », a déclaré Farshad Tehrani, titulaire d’un doctorat en nano-ingénierie. étudiant dans le laboratoire de Wang et l’un des co-premiers auteurs de l’étude.

Les micro-aiguilles fusionnées avec l’électronique

Le portable se compose d’un patch micro-aiguille connecté à un boîtier électronique. Différentes enzymes sur les pointes des micro-aiguilles réagissent avec le glucose, l’alcool et le lactate dans le liquide interstitiel. Ces réactions génèrent de petits courants électriques, qui sont analysés par des capteurs électroniques et communiqués sans fil à une application développée par les chercheurs. Les résultats sont affichés en temps réel sur un smartphone.

Patch Microneedle jetable

Le patch microneedle jetable se détache du boîtier électronique réutilisable. Crédit : Laboratoire de nanobioélectronique/UC San Diego

Un avantage de l’utilisation de micro-aiguilles est qu’elles échantillonnent directement le liquide interstitiel, et la recherche a montré que les niveaux biochimiques mesurés dans ce liquide sont bien corrélés avec les niveaux dans le sang.

“Nous commençons à un très bon endroit avec cette technologie en termes de validité clinique et de pertinence”, a déclaré Patrick Mercier, professeur de génie électrique et informatique à l’UC San Diego et co-auteur correspondant de l’article. “Cela réduit les obstacles à la traduction clinique.”

Le patch microneedle, qui est jetable, peut être détaché du boîtier électronique pour un remplacement facile. Le boîtier électronique, qui est réutilisable, abrite la batterie, les capteurs électroniques, l’émetteur sans fil et d’autres composants électroniques. L’appareil peut être rechargé sur n’importe quel chargeur sans fil utilisé pour les téléphones et les montres intelligentes.

Recharge de la micro-aiguille multi-tâches portable

L’appareil peut être rechargé sur un chargeur sans fil standard. Crédit : Laboratoire de nanobioélectronique/UC San Diego

L’intégration de tous ces composants dans un seul petit accessoire portable sans fil était l’un des plus grands défis de l’équipe. Il a également fallu une conception et une ingénierie intelligentes pour combiner l’électronique réutilisable, qui doit rester sèche, avec le patch à micro-aiguille, qui est exposé au fluide biologique.

“La beauté de cela est qu’il s’agit d’un système entièrement intégré que quelqu’un peut porter sans être attaché à un équipement de paillasse”, a déclaré Mercier, qui est également codirecteur du UC San Diego Center for Wearable Sensors.

essai

Le portable a été testé sur cinq volontaires, qui portaient l’appareil sur le haut de leur bras, tout en faisant de l’exercice, en mangeant un repas et en buvant un verre de vin. L’appareil a été utilisé pour surveiller en continu les niveaux de glucose des volontaires simultanément avec leurs niveaux d’alcool ou de lactate. Les mesures de glucose, d’alcool et de lactate prises par l’appareil correspondaient étroitement aux mesures prises respectivement par un glucomètre commercial, l’alcootest, et aux mesures de lactate sanguin effectuées en laboratoire.

Prochaines étapes

Farshad Tehrani et son co-premier auteur Hazhir Teymourian, qui est un ancien chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Wang, ont cofondé une start-up appelée AquilX pour développer davantage la technologie de commercialisation. Les prochaines étapes comprennent le test et l’amélioration de la durée de vie du patch microneedle avant d’être remplacé. La société est également ravie de la possibilité d’ajouter plus de capteurs à l’appareil pour surveiller les niveaux de médicaments chez les patients et d’autres signaux de santé.

Référence : “Un réseau intégré de micro-aiguilles portables pour la surveillance continue de plusieurs biomarqueurs dans le liquide interstitiel” par Farshad Tehrani, Hazhir Teymourian, Brian Wuerstle, Jonathan Kavner, Ravi Patel, Allison Furmidge, Reza Aghavali, Hamed Hosseini-Toudeshki, Christopher Brown, Fangyu Zhang, Kuldeep Mahato, Zhengxing Li, Abbas Barfidokht, Lu Yin, Paul Warren, Nickey Huang, Zina Patel, Patrick P. Mercier et Joseph Wang, 9 mai 2022, Nature Génie biomédical.
DOI : 10.1038/s41551-022-00887-1

Financement : NIH/Institut national des troubles neurologiques et des accidents vasculaires cérébraux

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