Monitoraggio continuo degli steroidi nel fluido interstiziale con biosensori indossabili e con nanoparticelle per una migliore gestione dei disturbi surrenali

Per tracciare la dinamica degli steroidi in un ambiente di routine, la scelta del fluido corporeo è fondamentale, in quanto determina la facilità e la frequenza della raccolta tollerata dagli individui. Mentre il gold standard si basa sul test del sangue, è possibile accedere a diversi fluidi corporei, tra cui urina, sudore, respiro, saliva e liquido interstiziale. Più promettente per il monitoraggio degli steroidi è il fluido interstiziale, in quanto rispecchia da vicino la composizione del plasma ematico a causa del trasferimento di massa continuo. In effetti, questo è stato dimostrato proprio l'anno scorso usando un catetere micro-dialisi impiantata per via sottocutanea che ha raccolto fluido interstiziale con una pompa di infusione. Indossati intorno alla vita, i campioni sono stati raccolti per 24 ore in 214 volontari e analizzati offline mediante spettrometria di massa cromatografica liquida/spettrometria di massa (LC-MS/MS). In questo modo, il cortisolo è stato tracciato accuratamente e ha seguito una dinamica simile nel tessuto (cioè fluido interstiziale) rispetto al plasma nel sangue. Su questa base, sono state rilevate differenze legate alla malattia, ad esempio, elevate concentrazioni di cortisolo in un paziente che soffriva di sindrome di Cushing. Tuttavia, sono necessarie ricerche estese sulla dinamica dell'aldosterone e del cortisolo nel fluido interstiziale in diversi scenari clinici di eccesso ormonale e carenza e convalida rispetto alle misurazioni sieriche per stabilire questo metodo a fini diagnostici e di trattamento.

Questo progetto ha gli obiettivi generali di (1) stabilire il monitoraggio dinamico di aldosterone e cortisolo come strumento diagnostico affidabile per l'eccesso di cortisolo e aldosterone o carenza e (2) sviluppare un dispositivo di rilevamento molecolare indossabile per rilevarli accuratamente. Nel pacchetto di lavoro 1 (caratterizzazione delle concentrazioni interstiziali di cortisolo e aldosterone): l'utilità diagnostica della misurazione del cortisolo e dell'aldosterone nel fluido interstiziale sarà valutata mediante quantificazione comparativa alla concentrazione sierica da LC-MS/MS. Pertanto, il fluido interstiziale e il sangue saranno raccolti in individui sani e pazienti durante la mattina (quando cortisolo e aldosterone raggiungono i livelli più alti) e durante i test dinamici per studiare le malattie surrenali, come il test di stimolazione di ACTH (cosintropina) che valuta il consumo di aldoster (che valuta la pressione del sodaum (che valuta la pressione del sodaum (che valuta la pressione del sodosterone). Poiché il fluido interstiziale continuo non è ancora possibile, i dispositivi a microneedle cavi disponibili in commercio verranno utilizzati per l'estrazione di un singolo timepoint.

Ipotesi principale 1: le concentrazioni di cortisolo e aldosterone nel fluido interstiziale riflettono concentrazioni sieriche di sangue sufficientemente ben bene per indicare in modo affidabile la normale secrezione di steroidi e l'insorgenza dei disturbi del cortisolo e dell'aldosterone.

In questo primo passo, gli investigatori eseguiranno un confronto a coppie di concentrazioni di cortisolo e aldosterone nel fluido interstiziale con misurazioni sieriche. Questo studio sarà presentato ai comitati etici responsabili dell'USP. Il consenso informato scritto sarà firmato da tutti i partecipanti. Gli investigatori valuteranno 150 individui, tra cui controlli sani e pazienti con iper e ipofunzione surrenali indicati per la valutazione nella clinica ambulatoriale dell'unità surrenale, divisione dell'endocrinologia, USP. La valutazione clinica e ormonale dei pazienti arruolati con disturbi surrenali seguirà le linee guida standard della società endocrina ed europea di endocrinologia. Tutti i controlli sani (senza una precedente diagnosi di malattia surrenale) avranno un appuntamento per compilare un questionario della storia medica e per raccogliere esami del sangue.

Gli individui (maschi e femmine) di età superiore ai 18 anni avranno diritto all'inclusione. Verranno reclutati pazienti che coprono un ampio spettro di malattie surrenali: carenza di cortisolo e aldosterone (insufficienza surrenale primaria), eccesso di cortisolo (sindrome di Cushing) ed eccesso di aldosterone (aldosteronismo primario). Un singolo punto di partenza di ciascun partecipante verrà valutato al mattino dopo il digiuno notturno e senza farmaci mattutini. Questa valutazione di base consentirà di campionare materiale con contenuto di steroidi surrenali sugli steroidi surrenali rispettivamente a basso, basso (insufficienza surrenale) e alta sindrome e aldosteronismo primario. Inoltre, il test di stimolazione ACTH (endovenoso 250 µg di cosyntropin) verrà eseguito in controlli sani e pazienti sotto lo studio dell'insufficienza surrenale e dell'aldosteronismo primario per correlare aldosterone interstiziale e livelli di cortisolo con il picco di cortisolo e aldosterone dopo 1 ora di stimolo ACTH. Il test di infusione salina (2 litri per via endovenosa di soluzione salina su 4 ore) sarà eseguito nei pazienti sotto inchiesta per l'aldosteronismo primario. Questi test dinamici saranno eseguiti in una sala di test dinamica nella clinica ambulatoriale, che conta con un team di endocrinologo, infermiere e tecnici addestrati per la valutazione dinamica endocrina. I criteri di esclusione saranno i seguenti: uso di farmaci contraccettivi orali contenenti estrogeni nelle ultime 6 settimane; gravidanza o lattazione; Uso di glucocorticoidi orali, inalati, parenteli o topici negli ultimi 30 giorni. La raccolta del campione basale e i test dinamici verranno eseguiti al digiuno tra le 8 e le 10.

Nel pacchetto di lavoro 2 (stabilisci microneedles cavi per l'estrazione di fluidi interstiziali continui), gli investigatori dimostreranno la stampa diretta di microneedles a base di polimeri con proprietà meccaniche e fluide dinamiche ottimizzate su chip microfluidico per l'estrazione di fluidi interstiziali continui: sarà sviluppato un'estrazione fluida interstiziale continuo. Consisterà in microneedles cavi direttamente stampati in 3D su chip microfluidici. Gli aghi saranno basati sul polimero biocompatibile per ridurre al minimo l'irritazione della pelle durante l'applicazione prolungata, mentre i chip microfluidici saranno fabbricati mediante micromachining scalabile. La profondità e la stabilità della penetrazione dell'ago saranno testati su analoghi della pelle umana, mentre le proprietà fluidi dinamiche e i tassi di estrazione sono valutati con fluido interstiziale artificiale.

Ipotesi principale 2: è possibile accedere al fluido interstiziale in modo non invasivo e continua per periodi prolungati con microneedles cavi a base di materiali biocompatibili.

Nel pacchetto di lavoro 3 (stabilire e utilizzare il biosensore steroideo basato su nanoparticelle funzionalizzate con aptameri biosensori per la quantificazione in tempo reale e continua di cortisolo e aldosterone in fluido interstiziale verranno sviluppati da una stimolazione a rendimento rapido e selezionato per la redazione rapida e selettiva per la redazione rapida e selettiva per la redazione rapida e selettiva per la redazione, la sezione a cedere si staccano rapidamente i loro steroidi rapidi e si sono verificati in modo da resettature per la redazione di una luce rapida e selettiva Il rilevamento reversibile per il monitoraggio dei biomarcatori continui: il recettore si baserà su aptameri che sono immobilizzati su nanoparticelle per rilevare il legame dell'analita e quantificare elettrochimicamente le concentrazioni. Le nanoparticelle saranno popolate anche con cluster plasmonici (ad es. Au o AG) per fungere da fonte di calore quando attivate dalla luce per innescare il rilascio dell'analita. Le nanoparticelle caricate con cluster saranno progettate nella composizione e alle dimensioni controllate dalla tecnologia Flame-Aerosol e depositate direttamente su piattaforme microfluidiche come film porosi.

Ipotesi principale 3: gli aptameri consentiranno un legame selettivo di cortisolo e aldosterone. Immobilizzando questi aptameri su nanoparticelle, gli eventi di legame sono riconosciuti durante il rilevamento elettrochimico. Il recupero del sensore sarà abilitato sfruttando gli effetti termoplasmonici quando esposti alla luce, per innescare il rilascio dell'analita mediante riscaldamento locale. La morfologia del film poroso del film di rilevamento consente un rapido trasferimento di massa dell'analita.

Sulla base dei requisiti di prestazione identificati da USP ai sensi del WP1, Biosensor sarà sviluppato presso ETH Zurigo per eseguire la quantificazione in tempo reale e continua di cortisolo e aldosterone per fornire profili longitudinali.

Nel pacchetto di lavoro 4 (validazione clinica di aldosterone indossabile e sensore di cortisolo nella malattia surrenale) il biosensore indossabile sviluppato in WP2 e WP3 sarà valutato come strumento diagnostico per la malattia surrenale. Il consenso informato scritto sarà firmato da tutti i partecipanti dopo l'approvazione dello studio da parte dei comitati etici di USP. Tutti i partecipanti saranno valutati nella clinica ambulatoriale dell'unità surrenale, divisione dell'endocrinologia, USP. I test dinamici (stimolazione ACTH e test di infusione salina) saranno eseguiti in una sala di test dinamica nella clinica ambulatoriale, che conta con un team di endocrinologo, infermiere e tecnici addestrati per la valutazione dinamica endocrina. La valutazione clinica e ormonale dei pazienti arruolati con disturbi surrenali seguirà le linee guida standard della società endocrina ed europea di endocrinologia. Tutti i controlli sani (senza una precedente diagnosi di malattia surrenale) avranno un appuntamento per compilare un questionario della storia medica e per raccogliere esami del sangue. Ai partecipanti verrà chiesto di mantenere una normale ora di andare a letto, astenersi dall'alcol ed evitare qualsiasi fatica attività fisica prima e durante l'uso del biosensore. Inoltre, ai partecipanti verrà chiesto di completare un diario di attività, compresi i record di tipo di cibo e tempismo, tempistica del sonno e qualsiasi evento inaspettato durante il tempo indossare il biosensore. 96 i prototipi verranno trasferiti da ETH a USP e testati durante i 48 ore nei seguenti sottogruppi nelle condizioni specifiche:

Controlli: 32 volontari sani saranno testati durante il test di stimolazione ACTH (250 µg di cosyntropina) la mattina del secondo giorno di misurazioni continue di cortisolo e aldosterone.

Disturbi del cortisolo: 32 pazienti con insufficienza surrenale o sindrome di Cushing saranno testati durante un test di stimolazione ACTH sul secondo giorno di misurazioni steroidi continue.

Aldosteronismo primario: 32 pazienti sotto inchiesta per l'aldosteronismo primario saranno continuamente monitorati. Il test di infusione salina (salino per endovenoso 2 L 0,9% su 4H) verrà eseguito nel secondo giorno di misurazioni continue di aldosterone e cortisolo.

Come ulteriore fase di convalida del biosensore, i campioni di sangue verranno raccolti al mattino (dalle 8 alle 10) e durante i test dinamici (stimolazione ACTH e test di infusione salina) per misurare cortisolo e aldosterone mediante LC-MS/MS. Verranno analizzate la correlazione tra le concentrazioni sieriche di cortisolo e aldosterone e le misurazioni interstiziali ottenute con il biosensore. Durante il periodo dell'uso del biosensore, l'area totale sotto la curva (AUC), il picco mattutino e il nadir notturno di cortisolo e misurazioni interstiziali di aldosterone verranno calcolate per ciascun paziente. Queste misure verranno confrontate tra i pazienti con malattia surrenalica e controlli sani per determinare le applicazioni diagnostiche della dinamica interstiziale di cortisolo e aldosterone.

Queste quattro sfide saranno affrontate da un team interdisciplinare presso USP (clinico) ed ETH (ingegneria) attraverso quattro pacchetti di lavoro (WP) incentrati sulla caratterizzazione del fluido interstiziale (WP1), sul MicroneEedle Sampler (WP2), sul biosensing (WP3) e sulla validazione clinica (WP4) del prototipo indossabile risultante.