Monitorowanie stanu zdrowia za pomocą urządzeń ubieralnych wkracza w nową fazę rozwoju. Inżynierowie z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego opracowali inteligentny pierścień, który jako pierwszy w pełni zintegrowany system umożliwia jednoczesne, ciągłe monitorowanie kilku biomarkerów chemicznych obecnych w pocie. Technologia może znaleźć zastosowanie nie tylko u osób z cukrzycą, lecz także w ocenie odżywienia, metabolizmu oraz ogólnego stanu zdrowia. Wyniki badań opublikowano na łamach prestiżowego czasopisma Nature Communications.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak działa inteligentny pierścień, który jednocześnie monitoruje poziom glukozy, ketonów i innych biomarkerów w pocie.
- Dlaczego nieinwazyjna analiza potu może stać się alternatywą dla tradycyjnych metod monitorowania wybranych parametrów zdrowotnych.
- Jakie znaczenie ma jednoczesny pomiar wielu biomarkerów dla leczenia cukrzycy, monitorowania metabolizmu i oceny stanu zdrowia.
- Jakie wyniki uzyskali naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego oraz jakie możliwości otwiera ta technologia dla medycyny przyszłości.
Inteligentny pierścień dostarcza danych biochemicznych, a nie tylko fizjologicznych
Rynek urządzeń wearable rozwija się niezwykle dynamicznie. Inteligentne zegarki i pierścienie od lat monitorują tętno, temperaturę skóry, sen czy aktywność fizyczną. Dotychczas jednak koncentrowały się przede wszystkim na parametrach biofizycznych. Nowe rozwiązanie opracowane przez zespół profesora Josepha Wanga z Jacobs School of Engineering na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego idzie o krok dalej. Urządzenie analizuje skład chemiczny potu, dzięki czemu dostarcza informacji o procesach metabolicznych zachodzących w organizmie. Jak podkreśla główna autorka badań Tamoghna Saha:
Pierścienie komercyjne dostarczają wyłącznie informacji biofizycznych, nie dają natomiast informacji molekularnych o markerach biochemicznych, które pozwalałyby na głębszy wgląd w stan zdrowia danej osoby.
To właśnie możliwość pozyskiwania danych molekularnych może stanowić przełom w medycynie spersonalizowanej.
Jakie biomarkery mierzy nowy pierścień?
Jedną z największych zalet opracowanego rozwiązania jest możliwość jednoczesnego monitorowania nawet czterech biomarkerów spośród sześciu dostępnych. Inteligentny pierścień może analizować:
- poziom glukozy,
- stężenie ketonów,
- witaminę C,
- kwas moczowy,
- mleczan,
- alkohol.
Tak szeroki zakres pomiarów pozwala oceniać wiele aspektów funkcjonowania organizmu. Przykładowo:
- glukoza i ketony dostarczają informacji o gospodarce węglowodanowej,
- mleczan odzwierciedla intensywność wysiłku fizycznego,
- kwas moczowy może mieć znaczenie u pacjentów z dną moczanową,
- witamina C pomaga ocenić stan odżywienia,
- wykrywanie alkoholu może znaleźć zastosowanie zarówno medyczne, jak i profilaktyczne.
Pierścień działa bez wysiłku fizycznego i bez wywoływania potu
Jednym z najciekawszych elementów nowej technologii jest sposób pobierania próbek potu. Większość dotychczasowych sensorów wymagała intensywnej aktywności fizycznej lub dodatkowej stymulacji skóry, aby uzyskać odpowiednią ilość potu do analizy. W nowym rozwiązaniu problem ten został wyeliminowany.
Pot jest pobierany pasywnie dzięki wykorzystaniu hydrożelu osmotycznego. Materiał ten tworzy gradient ciśnienia, który umożliwia bezbolesne pobieranie niewielkich ilości płynu bez konieczności wykonywania ćwiczeń czy stosowania dodatkowych metod pobudzających gruczoły potowe. Autorzy porównują ten proces do transportu wody z gleby do liści roślin. Dzięki temu urządzenie może prowadzić ciągły monitoring praktycznie przez cały dzień.
Jak działa inteligentny pierścień?
Po pobraniu pot trafia do miniaturowego układu czujników elektrochemicznych znajdujących się wewnątrz urządzenia. Każdy kolejny pomiar służy nie tylko monitorowaniu biomarkerów, ale również tworzeniu indywidualnego modelu kalibracyjnego dla konkretnego użytkownika.
Oznacza to, że system z czasem uczy się charakterystyki organizmu właściciela pierścienia i coraz precyzyjniej interpretuje uzyskane wyniki. Dane są następnie bezprzewodowo przesyłane do aplikacji na smartfonie, która umożliwia śledzenie zmian biomarkerów w czasie rzeczywistym. Takie rozwiązanie może pozwolić użytkownikom szybciej reagować na zmiany metaboliczne oraz lepiej rozumieć wpływ diety, aktywności fizycznej czy leczenia na organizm.
Nowe możliwości monitorowania cukrzycy
Najbardziej obiecującym obszarem zastosowania nowego urządzenia wydaje się diabetologia. Jednoczesny pomiar glukozy i ketonów może dostarczać znacznie pełniejszego obrazu stanu metabolicznego niż monitorowanie samego poziomu glukozy. Profesor Joseph Wang podkreśla:
Pierścień rejestrujący dynamiczne informacje molekularne w czasie rzeczywistym byłby niezwykle przydatny w podejmowaniu świadomych decyzji dotyczących zdrowia, diety i stylu życia. Dodaje również: na przykład, możliwość ciągłego i jednoczesnego monitorowania poziomu glukozy i ketonów przez pierścień znacznie ułatwiłaby optymalne dawkowanie insuliny w leczeniu cukrzycy.
Może to mieć szczególne znaczenie dla pacjentów z cukrzycą typu 1, u których kontrola zarówno glikemii, jak i poziomu ketonów jest niezwykle istotna dla zapobiegania kwasicy ketonowej.
Wyniki porównano z komercyjnymi systemami monitorowania glikemii
Naukowcy ocenili działanie urządzenia zarówno u zdrowych ochotników, jak i u osób z cukrzycą typu 1. Uzyskane wyniki okazały się bardzo obiecujące. Odczyty poziomu glukozy uzyskiwane za pomocą inteligentnego pierścienia były bardzo zbliżone do wyników komercyjnych systemów ciągłego monitorowania glikemii (CGM).
Również pomiary ketonów wykazywały wysoką zgodność z wartościami uzyskiwanymi za pomocą dostępnych na rynku glukometrów przeznaczonych do oznaczania ketonów. Choć badania mają charakter wstępny, wskazują na wysoki potencjał nowej technologii.
Miniaturowa konstrukcja mieści kompletny system diagnostyczny
Jednym z największych osiągnięć zespołu badawczego była miniaturyzacja wszystkich elementów urządzenia. W niewielkiej obudowie udało się umieścić:
- układ czujników elektrochemicznych,
- elektronikę odpowiedzialną za analizę danych,
- moduł komunikacji bezprzewodowej,
- elastyczny akumulator,
- system pobierania potu.
Pierścień wykorzystuje elastyczną baterię cynkowo-srebrową, która zapewnia do 12 godzin nieprzerwanej pracy na jednym ładowaniu. Elektronika zajmuje powierzchnię mniejszą od amerykańskiej monety ćwierćdolarowej, natomiast zewnętrzna obudowa została wykonana metodą druku 3D z wykorzystaniem specjalnego polimeru. Jak podkreśla Joseph Wang:
Taka integracja w kompaktowej obudowie pierścienia jest niesamowita.
Technologia może znaleźć zastosowanie znacznie szersze niż diabetologia
Autorzy badań wskazują, że potencjał inteligentnego pierścienia wykracza daleko poza monitorowanie cukrzycy. Stała analiza wielu biomarkerów jednocześnie może wspierać:
- monitorowanie stanu odżywienia,
- ocenę odpowiedzi organizmu na wysiłek fizyczny,
- kontrolę procesów metabolicznych,
- personalizację zaleceń dietetycznych,
- rozwój medycyny precyzyjnej,
- zdalne monitorowanie pacjentów z chorobami przewlekłymi.
W przyszłości podobne urządzenia mogą stać się elementem codziennej opieki zdrowotnej, dostarczając lekarzom i pacjentom znacznie więcej danych niż obecnie dostępne urządzenia wearable.
Główne wnioski
- Inteligentny pierścień opracowany na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego jako pierwszy w pełni zintegrowany system umożliwia ciągłe monitorowanie nawet czterech biomarkerów chemicznych jednocześnie, w tym glukozy, ketonów, witaminy C, kwasu moczowego, mleczanu i alkoholu.
- Urządzenie pobiera pot pasywnie dzięki hydrożelowi osmotycznemu, dlatego nie wymaga wysiłku fizycznego ani stymulacji gruczołów potowych, a wyniki przesyła bezprzewodowo do aplikacji na smartfonie.
- W badaniach z udziałem zdrowych ochotników oraz osób z cukrzycą typu 1 pomiary glukozy były zgodne z wynikami komercyjnych systemów ciągłego monitorowania glikemii (CGM), natomiast odczyty ketonów odpowiadały wynikom komercyjnych glukometrów.
- Pierścień pracuje do 12 godzin na jednym ładowaniu, wykorzystuje elastyczną baterię cynkowo-srebrową i może w przyszłości wspierać leczenie cukrzycy, monitorowanie odżywienia oraz rozwój medycyny spersonalizowanej.
Źródło:
- https://www.nature.com/articles/s41467-026-75980-z
- University of California – San Diego
