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Ein tragbarer Durchbruch bei der Messung von Stresshormonen
Ein neu entwickelter Biosensor, der aus computergestützt entworfenen Proteinen besteht, kann Cortisol — das wichtigste Stresshormon des Körpers — mit laborähnlicher Sensitivität nachweisen und dieses Signal in eine sichtbare Lichtanzeige übersetzen, die eine Smartphone-Kamera erfassen kann. Cortisol reguliert Blutdruck, Stoffwechsel und Immunreaktionen; abnorme Cortisolwerte werden mit Erkrankungen von Nebennierenstörungen bis hin zu chronischem Stress und Depressionen in Verbindung gebracht. Eine breitere Zugänglichkeit zu präzisen Cortisolmessungen könnte die Diagnose und Überwachung dieser Erkrankungen verbessern.
Ein bahnbrechender Biosensor, der auf Proteindesign und Smartphone-Kameras basiert, könnte die Messung des körpereigenen Stresshormons Cortisol verändern und Laborpräzision in Vor-Ort-Tests bringen. Bildnachweis: Shutterstock
Wie der Sensor funktioniert: konstruierte Proteine und lumineszente Anzeige
Dieser Sensor wurde mithilfe KI-gestützter computergestützter Proteindesigns entwickelt, um neuartige Proteine von Grund auf zu erstellen, anstatt natürliche Proteine umzunutzen. In Gegenwart von Cortisol in einer kleinen Blut- oder Urinprobe ziehen sich zwei konstruierte Proteinbestandteile an. Ihre Nähe löst ein lumineszentes Signal aus: je heller die Emission, desto höher die Cortisolkonzentration. Eine von Experten begutachtete Studie in der Journal of the American Chemical Society validierte den Sensor über den gesamten für die menschliche Gesundheit relevanten physiologischen Bereich.
Das Labor von Andy Yeh, Assistenzprofessor für biomolekulare Technik an der UC Santa Cruz, konzentriert sich auf das künstliche Proteindesign. Bildnachweis: Impact Creative für UC Santa Cruz
Andy Yeh zeigte, dass eine Standard-Smartphone-Kamera plus eine einfache App die Lichtstärke quantifizieren und in eine Hormonkonzentration umrechnen kann. Da die Anzeige optisch erfolgt, entfällt die Abhängigkeit von teuren Laborgeräten, während die hohe Sensitivität und ein breiter dynamischer Bereich erhalten bleiben — der Sensor kann niedrige, normale und erhöhte Cortisolwerte quantitativ erfassen.
Vor-Ort-Einsatz, Vorteile und Ausblick
Der vorgesehene Test ist ein "mix-and-read"-Verfahren — in der Nutzerführung ähnlich wie viele Schnelltests für Antigene. Ein Tropfen Blut oder Urin wird mit der Biosensorlösung gemischt, reagieren gelassen und mit einem Smartphone fotografiert. Software wertet Lichtintensität und Farbe aus, um einen Cortisolwert zu erzeugen, der für die klinische oder häusliche Überwachung geeignet ist. Dieses kostengünstige, tragbare Diagnostikum könnte die Behandlung chronischer Erkrankungen unterstützen, Studien zur Stressphysiologie erleichtern und die Medikamentenentwicklung unterstützen, wo präzise, häufige Hormonmessungen erforderlich sind.
Yeh weist darauf hin, dass 'die Ausgabe des Sensors Lichtemissionen ist, sodass man im Grunde einfach ein Foto des Tests mit dem Smartphone machen kann', und unterstreicht damit die Feldtauglichkeit des Designs. Das Team plant, die Geräteintegration, die Robustheit gegenüber verschiedenen Probenmatrices und die regulatorischen Wege zu verfeinern, um einer klinischen Einführung näherzukommen.
Fazit
Computergestütztes Proteindesign kombiniert mit Smartphone-Bildgebung bietet einen praktischen Weg, Cortisoltests zu demokratisieren. Indem es quantitative, laborvergleichbare Ergebnisse direkt am Ort der Versorgung liefert, könnte dieser Biosensor verändern, wie Kliniker und Betroffene stressbezogene Gesundheit überwachen, und die Forschung zu Störungen beschleunigen, die mit Cortisolungleichgewicht verbunden sind.
Quelle: scitechdaily
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