A stresszt hagyományosan szubjektív tesztekkel, vagy kellemetlen vérvételekkel mérik, ám egy új fejlesztés hamarosan mindkettőt kiválthatja. Kutatók egy olyan, elektródákkal nyomtatott puha kontaktlencsét alkottak meg, amely képes a könnyben lévő szerotoninszint mérésére, új utat nyitva ezzel a testkémiai változások tűmentes megfigyelésében.
A stressz szint orvosi vizsgálata sokáig problémás terület volt, hiszen az önbevalláson alapuló felmérések szubjektívek: két, azonos nyomás alatt álló ember teljesen eltérő stressz-szintről számolhat be. A biológiai markerek – mint például a hangulatot stabilizáló szerotonin – vizsgálata pedig hagyományosan fájdalmas vérvételt igényel. Egy amerikai kutatócsoport azonban egy kémiai érzékelőt nyomtatott egy puha kontaktlencse szélére, amely közvetlenül a könnyekből képes mérni az említett vegyület szintjét.
Jangzsi Zsu, a Terasaki Biomedikai Innovációs Intézet Biomedikai Eszközközpontjának vezetője azonban óvatos a kezdeti eredmények értelmezésével. „Óvakodnék attól a kijelentéstől, hogy a könnyben termelődő szerotonin közvetlenül és egyértelműen nyomon követi a stresszt. Azt azonban egyértelműen megfigyeltük a modelljeinkben, hogy a könny szerotoninszintje stresszhez kapcsolódó körülmények között megváltozik” – nyilatkozta Zsu a szakmai sajtónak.
A kutatás jelenlegi fázisában a lencsét élő szöveten kizárólag egy sertés szemén tesztelték, az emberi alanyok egyelőre nem viselték közvetlenül az eszközt.
A bélből a vérbe, a vérből a könnybe
A koncepció egy biológiai láncolaton alapul. A szem feletti mirigyek a könnyet a vérplazmából szűrik ki, így a vérben keringő kémiai anyagok – igaz, alacsonyabb koncentrációban – a könnyben is megjelennek. A szerotonin is ezek közé tartozik, ráadásul semmi sem utal arra, hogy a könnytermelő mirigy saját maga állítaná elő a vegyületet.
Stressz hatására az idegrendszer csökkenti a szerotonin termelését a bélben. Ha ebből az anyagból kevesebb jut a vérbe, törvényszerűen a könnyben is alacsonyabb lesz a koncentrációja. Mivel a szerotonin központi szerepet játszik a hangulatszabályozásban (és a legtöbb antidepresszáns is erre a neurotranszmitterre hat), az ingadozásának könnyből történő, tűmentes megfigyelése hatalmas segítség lehet a kutatóknak az olyan állapotok megértésében, mint például a klinikai depresszió.
Elektródák a papírvékonyságú lencsén
A Terasaki Intézet, valamint a Dél-Kaliforniai Egyetem (USC), a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem (UCLA) és az Indiana Egyetem kutatói – Minwoo Kim vezetésével – három apró, hullámos mintázatú elektródát helyeztek el egy lágy hidrogél lencse peremén, kívül hagyva azt a területet, amin a viselő átlát. Egy második réteg apró nyílással fedi le a rendszert, ahol a könnyek elérhetik a szenzort.
A kész lencse mindössze 300 mikrométer vastag, ami durván három papírlapnak felel meg; az elektronika pedig kevesebb mint 10 százalékkal növeli a vastagságát.
Az elektródák felületét egy ferrocén nevű vegyülettel vonták be, amely segít elektronokat elvonni a szerotoninból. Az így keletkező elektromos áram teszi lehetővé az érzékelő számára a vegyület szintjének mérését. A laboratóriumi tesztek során a szenzor már a mesterséges könnyekben lévő minimális, 72 pikomólos szerotoninszintet is érzékelte (ami 200-szor kevesebb az átlagos könny koncentrációjánál), és kevesebb mint 40 másodperc alatt reagált. Ráadásul több mint négy hétig működőképes maradt a folyadékban a hajtogatás, nyújtás és csavarás ellenére is. A kutatók legnagyobb kihívása éppen ez volt: a rendkívül érzékeny szenzorok általában merevek, miközben a kontaktlencsének rugalmasnak kell lennie.
Biztató állatkísérletek
A hipotézis igazolására az egereken végzett kísérletek is rávilágítottak. A kutatók tíz rágcsálót vizsgáltak: felük két héten át napi stressznek volt kitéve (ami a hosszú távú stressz vizsgálatának bevett módja az állatkísérletekben), a másik öt példány pedig nyugodt körülmények között maradt. A stresszes csoport viselkedése egyértelműen megváltozott: kerülték a labirintus nyitott részeit, és hosszabb időbe telt, amíg egy ismeretlen ketrecben az élelemhez nyúltak.
A csapat ezután két anyag, a stresszhormonként ismert kortizol és a szerotonin szintjét mérte meg a vérben és a könnyben. A stresszes állatok mindkét testnedvében magasabb volt a kortizol, míg a szerotonin szintje alacsonyabb volt, mint a nyugodt kontrollcsoportnál. Bár a szerotonin esetében a korreláció valamivel gyengébb volt, mint a kortizolnál, az eredmény statisztikailag szignifikáns maradt.
A lencsét ezután egy altatott, hat hónapos nőstény sertés szemén is tesztelték, mivel az állat szeme anatómiájában nagyon közel áll az emberi szemhez. A lencse eltávolítása után a vizsgálatok nem mutattak ki sem fertőzést, sem gyulladást. A szem felszíni hőmérséklete végig 31 fok körül maradt, és az állat egy hónappal később sem mutatott semmilyen károsodást. Ezt követően ismert koncentrációjú (50, majd 100 nanomoláris) szerotonint tartalmazó műkönnyet cseppentettek a szembe, és az eszköz minden változást regisztrált.
Bár elektronikus eszközöket, például apró impulzusokat kibocsátó kontaktlencséket már korábban is alkalmaztak a szemben, a jelenlegi fejlesztés áttörése az, hogy élő szöveten – nem pedig egy Petri-csészében – végez kémiai méréseket.
Emberi könnyek
Az emberi kísérletekben eddig harminc fő vett részt. Tíz embert – öt férfit és öt nőt – az úgynevezett Trier Szociális Stressz Tesztnek vetettek alá, ami egy szándékosan frusztráló laboratóriumi rutin: a résztvevőknek rövid beszédet kell tartaniuk és időre fejszámolást végezniük egy bírálóbizottság előtt.
A kutatók könnymintákat vettek a stresszfázis előtt, az indulás után öt perccel, majd a pihenőidőszakban. Bár a tesztalanyok a lencsét nem viselték a szemükben, a levett mintákat a laborban az eszközzel vizsgálták meg. Az eredmények egyértelműek voltak: az áramerősség – és ezzel párhuzamosan a szerotoninkoncentráció is – a stresszfázis alatt csökkent, a megnyugvás során pedig visszatért a kiindulási értékhez.
Két további kisebb felfedezés is született: az egyik tesztalany egy átlagos napja során hat különböző időpontban adott könnyet, és a szerotoninszintje a nap folyamán folyamatosan változott. Egy másik, 17 fős csoportnál pedig azt figyelték meg, hogy a száraz szem szindróma súlyosabb tünetei alacsonyabb könnyszerotonin-szinttel jártak együtt.
Messze még a mindennapi használat
Arra a kérdésre, hogy mi kell ahhoz, hogy a lencse egy sertés szeme után emberek számára is egész nap viselhető eszközzé váljon, Jangzsi Zsu négy fő akadályt nevezett meg.
„Mielőtt ez egy egész napos, viselhető eszközzé válna, nagyobb léptékű emberi vizsgálatokra, hosszú távú szemkompatibilitási tesztekre, a változó könnykörnyezetben is stabil kalibrációra, valamint egy teljesen integrált vezeték nélküli rendszerre lenne szükségünk, amely nem igényel külső laboratóriumi eszközöket a leolvasáshoz” – hangsúlyozta a szakember.
A csapat már dolgozik egy vezeték és akkumulátor nélküli verzión, amely egy apró chip segítségével a közelben lévő okostelefonról nyeri az energiát, ám ezt a változatot még tesztelni kell.
Jelenleg az okoskontaktlencse komoly előnyben van azokkal a viselhető okoseszközökkel (például okosgyűrűkkel) szemben, amelyek az izzadságból olvassák le a test kémiáját, hiszen izzadtság csak bizonyos helyzetekben termelődik, míg a könny folyamatosan jelen van. Ennek ellenére a teljes képhez arra van szükség, hogy a kutatók képesek legyenek egyetlen ember könnyében napokon vagy heteken át, a szemre helyezett vezeték nélküli érzékelővel folyamatosan nyomon követni a szerotoninszintet – írta az Earth.com.
