Inteligentna soczewka kontaktowa rozpoznaje stres z łez. Naukowcy już ją pomyślnie przetestowali

Jak bardzo jesteś zestresowany? W przyszłości na to pytanie być może nie będziemy szukać odpowiedzi za pomocą inteligentnych zegarków czy kwestionariuszy, ale eleganckim rozwiązaniem chemicznym. Zespół z amerykańskiego Terasaki Institute wbudował w krawędź miękkiej soczewki kontaktowej sensor, który wykrywa serotonin we łzach, biorący udział w regulacji nastroju. Według badania opublikowanego w czasopiśmie Science Translational Medicine, pewnego dnia mógłby monitorować zmiany w organizmie bez pobierania krwi.

Jak soczewka kontaktowa może rozpoznać stres?

Cały pomysł opiera się na prostym łańcuchu. Gruczoł łzowy wytwarza łzy z osocza krwi, więc w mniejszym stężeniu dostaje się do nich również serotonina, która krąży we krwi. Kiedy człowiek jest zestresowany, organizm wytwarza jej mniej w przewodzie pokarmowym. Mniej serotoniny we krwi powinno więc objawiać się również we łzach.

Wyniki zostały opublikowane 16 września w specjalistycznym czasopiśmie Science Translational Medicine, siostrzanym tytule prestiżowego magazynu Science. Od tego czasu badanie jest cytowane również przez zagraniczne strony internetowe Earth.com i IEEE Spectrum, którym kierownik badań Yangzhi Zhu opowiedział o szczegółach. Sam jednak studzi nadmierne oczekiwania. „Byłbym ostrożny z twierdzeniem, że serotonina we łzach bezpośrednio monitoruje stres jeden do jednego. Zaobserwowaliśmy, że w naszych modelach zmieniała się w warunkach związanych ze stresem,” powiedział dla Earth.com.

Elektronika ukryta na krawędzi soczewki

Naukowcy nadrukowali na hydrożelową soczewkę trzy drobne elektrody z grafenu i srebra. Biegną one falistymi liniami wzdłuż jej krawędzi, dzięki czemu nie przeszkadzają w widzeniu i wytrzymują wielokrotne zginanie. Pokrywa je kolejna warstwa, w której pozostał tylko mały otwór na łzy. Cała soczewka mierzy około 300 mikrometrów, co odpowiada grubości około trzech kartek papieru, a elektronika, według autorów, dodaje jej mniej niż jedną dziesiątą grubości.

W laboratorium z sztucznymi łzami sensor wykrył serotonin nawet w stężeniu około dwustukrotnie niższym, niż to, które łzy zwykle zawierają. Odpowiedź uzyskano w mniej niż 40 sekund, a sensor pozostał funkcjonalny nawet po ponad czterech tygodniach odwracania, składania, rozciągania i skręcania. Właśnie ta kombinacja jest według autorów najtrudniejsza, ponieważ tak czułe sensory bywają sztywne.

Kto już wypróbował soczewkę?

Najpierw przyszła kolej na myszy. Pięć z nich przeszło dwa tygodnie codziennego stresu, kolejne pięć żyło normalnie. Stresowane zwierzęta miały we krwi i we łzach więcej hormonu stresu kortyzolu i mniej serotoniny. W przypadku kortyzolu wartości z obu płynów zgadzały się niemal dokładnie, w przypadku serotoniny związek był słabszy, ale nadal statystycznie istotny.

Na żywym oku soczewka była dotychczas tylko u uśpionej świni. Naukowcy założyli jej soczewkę na około pięć minut i zakraplali do oka sztuczne łzy ze znaną ilością serotoniny, przy czym soczewka wychwyciła każdą zmianę. Badanie oka po zdjęciu nie wykazało stanu zapalnego ani podrażnienia.

W części pilotażowej wzięło udział dziesięciu ochotników, których czekał standardowy laboratoryjny test stresu z krótkim wystąpieniem i liczeniem w pamięci przed dwoma oceniającymi. Naukowcy pobrali im łzy przed testem, w jego trakcie i po odpoczynku, a następnie zmierzyli je soczewką w laboratorium. Serotonina podczas stresu spadła, a po odpoczynku wracała do wartości początkowej. Żaden z ochotników nie miał jednak soczewki na oku.

Inteligentna soczewka kontaktowa rozpoznaje stres z łez. Naukowcy już ją pomyślnie przetestowali Adam Kurfürst Zprávičky Adam Kurfürst Zprávičky

Dzisiejsze inteligentne zegarki i pierścienie, takie jak niedawno zaprezentowany pierścień Casio, mierzą głównie tętno, temperaturę lub natlenienie krwi. Według profesora Wei Gao z Kalifornijskiego Instytutu Technologicznego, który nie współpracował przy badaniu, praca ta wskazuje kierunek od sygnałów fizycznych do ciągłego monitorowania molekuł. „Oko i łzy to interesujący interfejs, ponieważ mogłyby umożliwić powtarzalne pomiary biochemiczne bez pobierania krwi,” powiedział dla IEEE Spectrum.

Kiedy inteligentna soczewka mogłaby trafić do ludzi?

Podczas testów soczewka była podłączona cienkimi niklowymi drutami do urządzeń laboratoryjnych. Zespół opracował już jednak również bezprzewodową wersję z chipem NFC, która działa bez baterii, czerpie energię z pobliskiego telefonu i przesyła do niego dane. Jednak i ta wersja, według autorów, wymaga dalszych dopracowań i testów bezpieczeństwa. Zhu wspomniał, że soczewka mogłaby być również wyprodukowana w wersji korekcyjnej.

Zanim ktokolwiek mógłby ją nosić przez cały dzień, według Zhu, potrzebne będą większe badania na ludziach, długoterminowe testy tolerancji oka, stabilna kalibracja i w pełni bezprzewodowy system. W przyszłości zespół chce mierzyć więcej substancji jednocześnie, aby soczewka dawała bardziej kompleksowy obraz stanu organizmu. O terminie ani produkcie komercyjnym na razie nie padło ani słowo.

Nosilibyście soczewkę kontaktową, która monitorowałaby Wasz poziom stresu?

Źródła: Earth.com, IEEE Spectrum