ساخت سنسور برای اندازه گیری میزان هورمون

تیمی از محققان کالج مهندسی دانشگاه ایالتی اورگان، یک حسگر دستی ساخته اند که می تواند میزان کورتیزول موجود در عرق را اندازه گیری کند و نتایج را در عرض 8 دقیقه ارائه دهد.

به گزارش تکناک، این یک پیشرفت قابل توجه در نظارت بر هورمون های بدن است، که میزان آن ها می تواند به عنوان یک نشانگر برای بیماری های متعدد، از جمله انواع مختلف سرطان عمل کند.

یافته های این مطالعه در مجله ACS Applied Materials & Interfaces منتشر شد. محققان بیان می کنند که مکانیسم مواد و حس در دستگاه جدید را می توان به راحتی برای تشخیص سایر هورمون های خاص مانند پروژسترون که یک نشانگر مهم در سلامت باروری زنان و نتایج بارداری است، تغییر داد.

لری چنگ، دانشیار مهندسی برق و علوم رایانه و یکی از رهبران این مطالعه گفت: ما برای این کار، از آنزیم های طبیعی مورد استفاده در دستگاه سنجش قند خون که در داروخانه ها فروخته می شود، الهام گرفتیم.

در دستگاه سنجش قند خون، آنزیم های خاصی روی یک الکترود اعمال می شود. در آن الکترود این آنزیم ها می توانند مولکول های گلوکز را گرفته و با آن واکنش دهند تا یک سیگنال الکتریکی را به منظور تشخیص تولید کنند. با این حال، یافتن آنزیم های طبیعی برای تشخیص کورتیزول کار ساده ای نیست و آنزیم های طبیعی، مستعد بی ثباتی هستند و طول عمر کوتاهی دارند.

آنزیم ها موادی هستند که توسط موجودات زنده ساخته می شوند و به عنوان کاتالیزور برای واکنش های بیوشیمیایی عمل می کنند. برای غلبه بر چالش‌های ناشی از آنزیم‌های طبیعی، محققان این مطالعه، یک آنزیم مصنوعی پایدار و قوی ساختند که قادر به سنجش حساس و انتخابی کورتیزول بود.

کورتیزول هورمونی است که در غدد فوق کلیوی تولید می شود. هورمون ها، پیام رسان های شیمیایی بدن هستند و کورتیزول به همراه آندروژن ها، استروژن ها و پروژستین ها، یکی از هورمون های استروئیدی است. هورمون های استروئیدی در چندین فرآیند فیزیولوژیکی از جمله رشد اندام های جنسی نقش دارند.

کورتیزول در کنار وظایف خود به مبارزه با عفونت ها، حفظ فشار خون و تنظیم قند خون و تنظیم متابولیسم نیز کمک می کند و به آن “هورمون استرس” هم می گویند زیرا زمانی که افراد تحت فشار قرار می گیرند، این هورمون ترشح می شود.

کورتیزول برای مقابله با استرس در کوتاه مدت مفید است، اما ترشح دوره های طولانی مدت و بالای کورتیزول، می تواند اثرات مضری بر بدن داشته باشد. اثراتی مانند افزایش خطر اضطراب، افسردگی و بیماری های قلبی.

یاسمین که این تحقیق را رهبری می کرد گفت: در یک فرد سالم، میزان کورتیزول بسته به زمان و در طول روز افزایش و کاهش می یابد. میزان این هورمون معمولاً در صبح بیشتر و در شب کمتر است، به این معنی که اگر می‌خواهید کورتیزول را به طور مؤثر کنترل کنید، اندازه‌گیری سریع و مکرر لازم است.

برای رفع این مشکلات، محققان یک «حسگر آنزیمی تقلیدی» ایجاد کردند که از انجام گران‌ترین و زمان‌برترین آزمایش های معمولی سنجش کورتیزول، جلوگیری می‌کند.

یاسمین گفت: این حسگر طبیعی، بدون آنزیم، بدون برچسب و بدون پروب سیگنالینگ ردوکس استاین(قابل حذف)، یک حسگر قوی و یکپارچه است که می‌تواند برای برنامه‌های مراقبتی و حتی برای برنامه‌های نظارتی استفاده شود. حسگر جدید ما نسبت به اکثر سنسورهای گزارش شده حساس تر و انتخابی تر است و بنابراین برای نظارت بر هورمون استرس، قابل اعتمادتر است.

آنزیم مصنوعی مورد استفاده در این فناوری، یک پلیمر ویژه با فضاهای کوچک است که فقط بر روی مولکول های کورتیزول قرار می گیرد. این فضاها توسط کاتالیزورهایی احاطه شده اند که کورتیزول به آنها واکنش نشان می دهد و سیگنال های الکتریکی تولید می کند. با اندازه‌گیری این سیگنال‌ها، می‌توان میزان کورتیزول موجود را که یک ابزار تشخیصی مهم است، تعیین کرد.

میزان بسیار بالا یا بسیار پایین کورتیزول ممکن است نشان دهنده یک اختلال آدرنال مانند بیماری آدیسون باشد که با درد شکم، دوره های قاعدگی غیرطبیعی، کم آبی، حالت تهوع و تحریک پذیری همراه است یا می تواند نشانه ای از سندرم کوشینگ باشد که این بیماری باعث افزایش وزن، نوسانات خلقی، ضعف عضلانی و دیابت می شود.

چنگ می‌گوید: این حسگر می‌تواند میزان کورتیزول موجود در عرق را در عرض چند دقیقه تشخیص دهد. آنزیم مصنوعی مورد استفاده در این فناوری راه‌های جدیدی را برای توسعه حسگرهای پوشیدنی در آینده برای نظارت بر سلامت، باز می‌کند.

(زیرنویس عکس: کورتیزول هورمونی است که توسط غده فوق کلیوی و در پاسخ به استرس تولید می شود. معمولاً از آن به عنوان “هورمون استرس” یاد می شود زیرا به بدن کمک می کند تا به استرس پاسخ دهد و آن را مدیریت کند. کورتیزول نقش مهمی در تنظیم متابولیسم، پاسخ ایمنی، فشار خون و سایر عملکردهای مهم بدن دارد.)