Πώς να προσδιορίσετε τη βιολογική ηλικία και την αντοχή στο στρες χρησιμοποιώντας ανάλυση ιδρώτα

Η χρονολογική ηλικία λέει λίγα για την πραγματική κατάσταση του σώματος: δύο άτομα της ίδιας ηλικίας μπορεί να διαφέρουν ριζικά όσον αφορά την αντοχή, τους κινδύνους και την ανταπόκριση στη θεραπεία. Μια ομάδα των ETH Zürich, Empa, Caltech και του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου της Βασιλείας ξεκινά το έργο AGE RESIST (AGE clock for RESIlience in SweaT): οι επιστήμονες θέλουν να μάθουν πώς να αξιολογούν με ακρίβεια και ευκολία τη βιολογική ηλικία και την «ανθεκτικότητα» (αντίσταση στο στρες και την καταπόνηση) με βάση μόρια στον ιδρώτα που συλλέγονται συνεχώς από φορετούς αισθητήρες. Η ιδέα είναι να μετατραπούν σύνθετα εργαστηριακά πάνελ σε ένα βολικό «ρολόι ηλικίας» στο δέρμα για την εξατομίκευση των ιατρικών αποφάσεων και τη μείωση των παρενεργειών της θεραπείας. Το έργο χρηματοδοτείται από το Ελβετικό Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (SNSF).

Ιστορικό της μελέτης

Η ημερολογιακή (χρονολογική) ηλικία δεν αποτελεί καλό προγνωστικό παράγοντα για την πραγματική κατάσταση του σώματος - αντοχή, ευαλωτότητα σε ασθένειες και ανοχή στη θεραπεία. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο τα βιολογικά «ρολόγια» ηλικίας έχουν αναπτυχθεί ραγδαία τα τελευταία χρόνια. Αλλά πολλά από αυτά βασίζονται σε ακριβά εργαστηριακά πάνελ (αίματος, «ομικά»), δίνουν αποτελέσματα σε επεισοδιακά και δεν έχουν πάντα αποδειχθεί κλινικά προστιθέμενη αξία. Σε αυτό το πλαίσιο, το έργο AGE RESIST (ETH Zürich, Empa, Caltech, Πανεπιστημιακό Νοσοκομείο Βασιλείας) προσφέρει έναν διαφορετικό τρόπο: την αναζήτηση νέων βιοδεικτών στον ιδρώτα και τη συνεχή ανάγνωσή τους με φορετούς αισθητήρες για την αξιολόγηση όχι μόνο της «ηλικίας» αλλά και της ανθεκτικότητας - της αντίστασης στο στρες και του ρυθμού ανάρρωσης. Αυτή η προσέγγιση «ρολογιού» έχει σχεδιαστεί ως εργαλείο για την εξατομίκευση της θεραπείας: για την επιλογή της έντασης των παρεμβάσεων για την πραγματική φυσική κατάσταση του ασθενούς και, ως εκ τούτου, τη μείωση των παρενεργειών. Το έργο χρηματοδοτείται από το Ελβετικό Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών (SNSF).

Γιατί να ιδρώνουμε; Παρέχει ένα βολικό παράθυρο στη φυσιολογία: ηλεκτρολύτες, μεταβολίτες, δείκτες στρες και φλεγμονής που μπορούν να μετρηθούν χωρίς βελόνες και σε πραγματικό χρόνο. Οι πλατφόρμες διεπαφής δέρματος έχουν εξελιχθεί δραματικά τα τελευταία χρόνια, με εύκαμπτα ηλεκτροχημικά έμπλαστρα, μικρορευστομηχανικούς συλλέκτες και αισθητήρες πολλαπλών ωρών ικανούς να παρακολουθούν τη δυναμική των αναλυτών, όχι μόνο τις στατικές τιμές. Αυτό είναι σημαντικό για την ανθεκτικότητα: δεν προβλέπονται τόσο οι απόλυτες συγκεντρώσεις, αλλά το προφίλ της απόκρισης στη θερμότητα/φορτίο και το σχήμα της «καμπύλης αποκατάστασης» σε συνδυασμό με τον καρδιακό ρυθμό, την αναπνοή και τη θερμοκρασία του πυρήνα.

Στο AGE RESIST, αυτή η ιδέα εφαρμόζεται στην πράξη: η ομάδα αναπτύσσει έναν φορητό αισθητήρα ιδρώτα, δοκιμάζει πρωτότυπα σε έναν κλιματικό θάλαμο και συνδυάζει μοριακά σήματα με φυσιολογία (καρδιακός ρυθμός, αναπνευστικός ρυθμός, θερμοκρασία πυρήνα κ.λπ.) για να εκπαιδεύσει ένα μοντέλο ηλικίας + ανθεκτικότητας. Το έργο διευθύνεται από τον Noé Brasier (ETH Zürich). Από την πλευρά της Empa, ο Simon Annaheim είναι υπεύθυνος για το τμήμα αισθητηριακής τεχνολογίας. Το αναμενόμενο αποτέλεσμα είναι μια βολική «ηλικιακή κλίμακα» για την κλινική, που θα βοηθά στον σχεδιασμό της θεραπείας και της αποκατάστασης με βάση τη φυσιολογική ηλικία και όχι την ηλικία διαβατηρίου.

Το πλαίσιο είναι ευρύτερο από ένα μόνο έργο: τα κλασικά «ρολόγια» - επιγενετικά, μεταγραφικά, πρωτεωμικά - αναπτύσσονται ραγδαία, αλλά το 2024-2025 οι περιορισμοί τους και η «επαναβαθμονόμησή» τους (εξάρτηση από τη σύνθεση των αιμοσφαιρίων, αναδιαμόρφωση μοντέλων για διαφορετικούς πληθυσμούς, φορητότητα στην κλινική) συζητούνται ενεργά. Η ιδέα των ιδρωτοποιών/φορητών «ρολογιών», που προτάθηκε συστηματικά για πρώτη φορά στην ακαδημαϊκή ατζέντα το 2023, απλώς γεφυρώνει το χάσμα μεταξύ των εργαστηριακών βιοδεικτών και της καθημερινής παρακολούθησης: επιδιώκει να αποτυπώσει τη δυναμική πλευρά της γήρανσης - την ικανότητα του συστήματος να ανταποκρίνεται σε μια πρόκληση και να ανακάμπτει.

Πώς θα λειτουργήσει

Οι ερευνητές αναπτύσσουν έναν φορητό αισθητήρα ιδρώτα που διαβάζει ταυτόχρονα νέους μοριακούς βιοδείκτες και τους συνδυάζει με φυσιολογικές παραμέτρους (καρδιακό ρυθμό, αναπνευστικό ρυθμό, θερμοκρασία πυρήνα κ.λπ.). Σύμφωνα με τον Simon Annaheim από το εργαστήριο Βιομιμητικών Μεμβρανών και Υφασμάτων (Empa), η ακρίβεια των αισθητήρων δέρματος επιτρέπει τη συνεχή, αξιόπιστη συλλογή δεδομένων σχετικά με την κατάσταση του σώματος. Η ομάδα δοκιμάζει πρωτότυπα σε έναν κλιματικό θάλαμο όπου μπορούν να δοσολογηθούν η θερμότητα και το φορτίο. Με βάση αυτές τις ροές δεδομένων, θα εκπαιδευτεί ένας «ρυθμιζόμενος» αλγόριθμος που θα συνδέει την ικανότητα αντιμετώπισης του φορτίου και της ανάρρωσης με τη βιολογική ηλικία και την ανθεκτικότητα.

Ποιος κρύβεται πίσω από το έργο και τι θα αλλάξει;

Ο εμπνευστής είναι ο Δρ. Noé Brazier (ETH Zürich, Ινστιτούτο Μεταφραστικής Ιατρικής). Στο έργο συμμετέχουν κλινικοί, αισθητηριακοί και υλικοί ειδικοί από τα νοσοκομεία ETH, Empa, Caltech και Βασιλείας. Εάν το «παρακολούθηση» καταδεικνύει αναπαραγωγιμότητα και προγνωστική αξία, μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επιλογή της έντασης της θεραπείας και της αποκατάστασης με βάση τη «φυσιολογική» ηλικία, αντί για ένα διαβατήριο - από την ογκολογία και την καρδιολογία έως την ορθοπεδική και τη γεροντολογία. Ιδανικά, αυτό μειώνει την «υπερβολική θεραπεία», τις παρενέργειες και τις χαμένες ευκαιρίες για έγκαιρες παρεμβάσεις.

Πρόσληψη Εθελοντών: Τι θα βιώσουν οι συμμετέχοντες

Η διαδικασία στρατολόγησης για μια πιλοτική μελέτη βρίσκεται σε εξέλιξη. Αναζητούνται άνδρες και γυναίκες που είναι πρόθυμοι να ολοκληρώσουν ~1 ώρα άσκησης, ηλικίας 44-54 ή 60-70 ετών, με ΔΜΣ < 30 και άριστη γνώση Γερμανικών ή Αγγλικών. Το κόστος συμμετοχής θα είναι: αξιολόγηση φυσικής κατάστασης (σπιροεργομετρία), βιολογική αξιολόγηση ηλικίας, αποτελέσματα αιματολογικών εξετάσεων και αποζημίωση 200 CHF (συμπεριλαμβανομένων των εξόδων ταξιδιού). Το κέντρο της μελέτης είναι η Έμπα, στο Σεντ Γκάλεν. Η διαδικασία περιλαμβάνει τρεις επισκέψεις (~6 ώρες συνολικά): έλεγχος· την κύρια επίσκεψη με άσκηση ποδηλασίας σε ήπια θέρμανση και παύσεις (λαμβάνεται ιδρώτας, ενώ οι παράμετροι καταγράφονται με μη επεμβατικούς αισθητήρες)· μια τελική σύντομη επίσκεψη για τον έλεγχο της αφαίρεσης της κάψουλας του αισθητήρα για την παρακολούθηση της θερμοκρασίας του "πυρήνα". Τα δεδομένα είναι εμπιστευτικά· δεν υπόσχονται κανένα ιατρικό όφελος στους συμμετέχοντες.

Γιατί να ιδρώνεις;

Ο ιδρώτας είναι ένα «παράθυρο» στον μεταβολισμό: περιέχει ηλεκτρολύτες, μεταβολίτες, δείκτες φλεγμονής και στρες, οι οποίοι μπορούν να μετρηθούν συνεχώς και χωρίς βελόνες. Σε αντίθεση με τις επεισοδιακές εξετάσεις αίματος, ο ιδρώτας από τους φορετούς αισθητήρες παρέχει δυναμική - πώς το σώμα αντιδρά σε ένα ερέθισμα (θερμότητα, φορτίο) και πόσο γρήγορα ανακάμπτει. Για μια «παρακολούθηση ηλικίας», δεν είναι μόνο «πόσα» μόρια κάθε φορά που είναι σημαντικά, αλλά και το προφίλ απόκρισης: το πλάτος, η ταχύτητα και το σχήμα της καμπύλης ανάρρωσης. Σε συνδυασμό με τον καρδιακό ρυθμό, την αναπνοή και τη θερμοκρασία του πυρήνα, αυτό μετατρέπεται σε ένα ψηφιακό «πορτρέτο» ανθεκτικότητας - το κλειδί για εξατομικευμένη θεραπεία.

Τι ακριβώς μετριέται και πώς ερμηνεύεται;

Στο πιλοτικό πρόγραμμα, η ομάδα συγκρίνει:

• Μόρια στον ιδρώτα: ένα νέο σύνολο υποψήφιων βιοδεικτών βιολογικής ηλικίας και απόκρισης στο στρες.
• Φυσιολογία: Καρδιακός ρυθμός, αναπνοή, θερμοκρασία πυρήνα (μέσω καταποθείσας αισθητηριακής κάψουλας), παράμετροι δέρματος.
• Αντοχή και «αντίσταση στη θερμότητα»: θερμικά ελεγχόμενος κύκλος και αποκατάσταση.
  Τα δεδομένα στη συνέχεια συνδυάζονται σε ένα μοντέλο αντοχής στην ηλικία που επικυρώνεται σε όλες τις ηλικιακές ομάδες και επαναλήψεις. Στόχος είναι ένα εργαλείο με κλινική προστιθέμενη αξία που είναι εύκολο στη χρήση και κατανοητό από τους κλινικούς ιατρούς.

Πού μπορεί να φανεί χρήσιμο αυτό αύριο

• Σχεδιασμός παρέμβασης. Αξιολόγηση της «φυσιολογικής» ηλικίας και του αποθέματος πριν από χειρουργική επέμβαση ή εντατική θεραπεία για την ακριβέστερη δοσολογία του κινδύνου.
• Αποκατάσταση και αθλητιατρική. Παρακολούθηση της ανθεκτικότητας με την πάροδο του χρόνου, προσαρμογή των φορτίων στο χρόνο και παρακολούθηση της υπερφόρτωσης.
• Γηριατρική και Χρόνιες Παθήσεις: Εντοπισμός «κενών» στην ανθεκτικότητα πολύ πριν από τα κλινικά συμβάντα και εξατομίκευση της θεραπείας.

Εν συντομία - το κύριο πράγμα

• Το AGE RESIST αναζητά βιοδείκτες βιολογικής ηλικίας και ανθεκτικότητας στον ιδρώτα και εκπαιδεύει φορετούς αισθητήρες ώστε να τους «διαβάζουν» συνεχώς.
• Το έργο διευθύνεται από το ETH Zürich, την Empa, το Caltech και τις Κλινικές της Βασιλείας και χρηματοδοτείται από το SNSF. Στόχος είναι ένα «ρολόι» για την εξατομικευμένη ιατρική, προσαρμοσμένο στις ανάγκες κάθε ηλικίας.
• Στην πιλοτική δοκιμή - 3 επισκέψεις, κυκλική φόρτιση σε απαλή θερμότητα, αισθητηριακή κάψουλα για τη θερμοκρασία του πυρήνα, αντιστάθμιση 200 CHF.

Πηγή: Η σελίδα της Empa σχετικά με το έργο AGE RESIST.