Quando estamos em uma situação estressante, seja com risco de vida ou mundano, o cortisol é o hormônio que toma conta. Ele instrui nossos corpos a direcionar a energia necessária para nosso cérebro, músculos e coração
Um novo sensor vestível pode medir os níveis de cortisol no suor de uma pessoa.
Todos nós nos sentimos estressados em algum momento, seja em nossas vidas pessoais ou profissionais ou em resposta a circunstâncias excepcionais como a pandemia COVID-19. Mas até agora não houve como quantificar os níveis de estresse de forma objetiva.
Isso pode mudar em breve graças a um pequeno sensor vestível desenvolvido por engenheiros do Laboratório de Dispositivos Nanoeletrônicos da EPFL (Nanolab) e da Xsensio. O dispositivo pode ser colocado diretamente na pele do paciente e pode medir continuamente a concentração de cortisol, o principal biomarcador de estresse, no suor do paciente.
Cortisol: Uma espada de dois gumes
Cortisol é um hormônio esteroide feito por nossas glândulas suprarrenais a partir do colesterol. Sua secreção é controlada pelo hormônio adrenocorticotrópico (ACTH), que é produzido pela glândula pituitária. O cortisol realiza funções essenciais em nossos corpos, como regulação do metabolismo, níveis de açúcar no sangue e pressão arterial; também afeta o sistema imunológico e as funções cardiovasculares.
Quando estamos em uma situação estressante, seja com risco de vida ou mundano, o cortisol é o hormônio que toma conta. Ele instrui nossos corpos a direcionar a energia necessária para nosso cérebro, músculos e coração. "O cortisol pode ser secretado por impulso – você se sente bem e de repente algo acontece que o coloca sob estresse, e seu corpo começa a produzir mais do hormônio", diz Adrian Ionescu, chefe da Nanolab.
Enquanto o cortisol ajuda nossos corpos a responder a situações estressantes, na verdade é uma espada de dois gumes. Geralmente é secretado ao longo do dia de acordo com um ritmo circadiano, atingindo o pico entre 6h e 8h e, em seguida, gradualmente diminuindo à tarde e à noite.
"Mas em pessoas que sofrem de doenças relacionadas ao estresse, esse ritmo circadiano é completamente jogado fora", diz Ionescu. "E se o corpo faz muito ou não cortisol suficiente, isso pode prejudicar seriamente a saúde de um indivíduo, potencialmente levando à obesidade, doenças cardiovasculares, depressão ou burnout."
Capturando o hormônio para medi-lo
Exames de sangue podem ser usados para medir os níveis de cortisol dos pacientes. No entanto, quantidades detectáveis de cortisol também podem ser encontradas na saliva, urina e suor. A equipe da Ionescu na Nanolab decidiu focar no suor como fluido de detecção e desenvolveu um patch inteligente vestível com um sensor miniaturizado.
O patch contém um transistor e um eletrodo feito de grafeno que, devido às suas propriedades únicas, oferece alta sensibilidade e limites de detecção muito baixos. O grafeno é funcionalizado através de aptamers, que são fragmentos curtos de DNA ou RNA de uma única cadeia que podem se ligar a compostos específicos.
O aptamer no patch EPFL carrega uma carga negativa; quando entra em contato com o cortisol, ele imediatamente captura o hormônio, fazendo com que os fios se dobrem sobre si mesmos e aproximando a carga da superfície do eletrodo. O dispositivo então detecta a carga e, consequentemente, é capaz de medir a concentração de cortisol no suor do usuário.
Até agora, nenhum outro sistema foi desenvolvido para monitorar continuamente as concentrações de cortisol durante todo o ciclo circadiano. "Essa é a principal vantagem e característica inovadora do nosso dispositivo. Como pode ser usado, os cientistas podem coletar dados quantitativos e objetivos sobre certas doenças relacionadas ao estresse. E eles podem fazê-lo de forma não invasiva, precisa e instantânea ao longo de toda a gama de concentrações de cortisol no suor humano", diz Ionescu.
Engenharia melhorou a saúde
Os engenheiros testaram seu dispositivo na plataforma lab-on-skintm proprietária da Xsensio; o próximo passo será colocá-lo nas mãos dos profissionais de saúde. Esmeralda Megally, CEO da Xsensio, diz: "A equipe conjunta de P&D da EPFL e da Xsensio alcançou um importante marco de P&D na detecção do hormônio cortisol. Estamos ansiosos para testar este novo sensor em um ambiente hospitalar e desbloquear novas informações sobre como nosso corpo funciona."
A equipe montou um projeto de ponte com a Profª Nelly Pitteloud, chefe de endocrinologia, diabetes e metabolismo do Hospital Universitário de Lausanne (CHUV), para que sua equipe experimente o sistema contínuo de monitoramento de cortisol em pacientes humanos. Esses ensaios envolverão indivíduos saudáveis, bem como pessoas que sofrem da síndrome de Cushing (quando o corpo produz muito cortisol), doença de Addison (quando o corpo não produz o suficiente) e obesidade relacionada ao estresse. Os engenheiros acreditam que seu sensor pode contribuir muito para o estudo dos ritmos fisiológicos e patológicos da secreção de cortisol.
E as doenças psicológicas causadas por muito estresse? "Por enquanto, são avaliados com base apenas na percepção e estados mentais dos pacientes, que muitas vezes são subjetivos", diz Ionescu.
"Portanto, ter um sistema confiável e vestível pode ajudar os médicos a quantificar objetivamente se um paciente está sofrendo de depressão ou burnout, por exemplo, e se seu tratamento é eficaz. Além disso, os médicos teriam essa informação em tempo real. Isso marcaria um grande avanço na compreensão dessas doenças." E quem sabe, talvez um dia essa tecnologia seja incorporada em pulseiras inteligentes.
"A próxima fase se concentrará no desenvolvimento de produtos para transformar essa invenção emocionante em uma parte fundamental da nossa plataforma de sensoriamento Lab-on-SkinTM e trazer monitoramento de estresse para wearables de próxima geração", diz Megally.
“Extended gate field-effect-transistor for sensing cortisol stress hormone” by Shokoofeh Sheibani, Luca Capua, Sadegh Kamaei, Sayedeh Shirin Afyouni Akbari, Junrui Zhang, Hoel Guerin & Adrian M. Ionescu. Communications Materials