Des chercheurs créent une enzyme artificielle pour détecter rapidement l’hormone liée à la maladie dans la sueur

Les résultats ont été publiés dans la revue Matériaux appliqués et interfaces ACS. Selon les chercheurs, le matériau et le mécanisme de détection du nouvel appareil pourraient être facilement conçus pour détecter d’autres hormones spécifiques, par exemple la progestérone, un marqueur clé de la santé reproductive des femmes et des résultats de la grossesse.

“Nous nous sommes inspirés des enzymes naturelles utilisées dans les lecteurs de glycémie vendus dans les pharmacies”, a déclaré Larry Cheng, professeur agrégé de génie électrique et d’informatique. “Dans les glucomètres, des enzymes spécifiques sont appliquées à une électrode, où elles peuvent capturer et réagir avec des molécules de glucose pour générer un signal électrique pour la détection. Cependant, trouver des enzymes naturelles pour la détection du cortisol n’est pas simple, et les enzymes naturelles sont sujettes à l’instabilité et ont une courte durée de vie.”

Les enzymes sont des substances fabriquées par des organismes vivants qui agissent comme catalyseurs de réactions biochimiques. Pour surmonter les défis posés par les enzymes naturelles, Cheng et Sanjida Yeasmin, une doctorante qui a dirigé l’étude, ont créé une enzyme artificielle stable et robuste capable de détecter le cortisol de manière sensible et sélective.

Le cortisol est une hormone produite dans les glandes surrénales. Les hormones sont les messagers chimiques du corps, et le cortisol est l’une des hormones stéroïdes, avec les androgènes, les œstrogènes et les progestatifs. Les hormones stéroïdes jouent un rôle dans plusieurs processus physiologiques, dont le développement sexuel.

Parmi ses fonctions, le cortisol aide à combattre les infections, à maintenir la tension artérielle et à réguler la glycémie et le métabolisme, et il est surnommé “l’hormone du stress” car il est libéré lorsque les gens se retrouvent sous pression.

Le cortisol est bénéfique pour faire face au stress à court terme, mais des périodes prolongées de niveaux élevés de cortisol peuvent avoir des effets nocifs sur le corps, comme un risque accru d’anxiété, de dépression et de maladie cardiaque.

“Chez un individu en bonne santé, les niveaux de cortisol augmentent et diminuent en fonction du temps tout au long de la journée”, a déclaré Yeasmin. “Ils sont généralement plus élevés le matin et plus bas la nuit – cela signifie que si vous voulez surveiller efficacement le cortisol, une mesure rapide et fréquente est nécessaire.”

Les niveaux de cortisol sont le plus souvent détectés par des analyses de sang ou d’urine dans une clinique, “ce qui nécessite du matériel de laboratoire et du personnel qualifié et prend plus de 30 minutes pour effectuer la mesure”, a-t-elle déclaré. “De plus, les patients doivent généralement attendre plus de deux jours pour recevoir les résultats.”

Pour résoudre ces problèmes, Yeasmin et Cheng ont créé un “capteur d’imitation d’enzymes” qui évite les éléments les plus coûteux et les plus longs des tests de cortisol conventionnels.

“Ce capteur est sans enzyme naturelle, sans étiquette et sans sonde de signalisation redox”, a déclaré Yeasmin. « Il s’agit d’un capteur robuste et intégré qui peut être utilisé pour des applications au point de service, comme au chevet de quelqu’un, en dehors d’un laboratoire, et même pour des applications portables. Notre nouveau capteur est plus sensible et sélectif que la plupart des capteurs signalés. et, par conséquent, plus fiable pour la surveillance des hormones de stress.”

L’enzyme artificielle est un polymère spécial avec de minuscules espaces formés pour s’adapter uniquement aux molécules de cortisol. Ces espaces sont entourés de catalyseurs qui font réagir le cortisol en produisant des signaux électriques. En mesurant les signaux, la quantité de cortisol présente peut être déterminée, un outil de diagnostic important.

Des taux de cortisol trop élevés ou trop bas peuvent indiquer un trouble surrénalien tel que la maladie d’Addison, caractérisée par des douleurs abdominales, des menstruations anormales, une déshydratation, des nausées et une irritabilité, ou le syndrome de Cushing, qui peut entraîner une prise de poids, des sautes d’humeur, une faiblesse musculaire et un diabète. .

“Le capteur peut détecter les niveaux de cortisol dans la sueur en quelques minutes, même lorsqu’ils sont généralement 10 000 fois moins concentrés que les niveaux de glucose dans le sang”, a déclaré Cheng. “L’enzyme artificielle utilisée dans cette technologie ouvre de nouvelles voies pour le développement de futurs capteurs portables pour la surveillance de la santé.”

La National Science Foundation et les National Institutes of Health ont soutenu cette étude, qui comprenait également des étudiants diplômés de l’OSU Ahasan Ullah, Bo Wu et Xueqiao Zhang.