Un petit capteur portable peut détecter le biomarqueur du stress dans la sueur

Nous nous sommes tous sentis stressés à un moment donné, que ce soit dans notre vie personnelle ou professionnelle ou en réponse à des circonstances exceptionnelles comme la pandémie COVID-19. Mais jusqu’à présent, il n’y avait aucun moyen de quantifier les niveaux de stress de manière objective.

Cela pourrait bientôt changer grâce à un petit capteur portable développé par les ingénieurs du Laboratoire des dispositifs nanoélectroniques de l’EPFL (Nanolab) et Xsensio. L’appareil peut être placé directement sur la peau d’un patient et peut mesurer en continu la concentration de cortisol, principal biomarqueur du stress, dans la sueur du patient.

Cortisol: une épée à double tranchant

Le cortisol est une hormone stéroïde fabriquée par nos glandes surrénales à partir du cholestérol. Sa sécrétion est contrôlée par l’hormone adrénocorticotrope (ACTH), qui est produite par la glande pituitaire. Le cortisol remplit des fonctions essentielles dans notre corps, telles que la régulation du métabolisme, de la glycémie et de la pression artérielle; il affecte également le système immunitaire et les fonctions cardiovasculaires.

Lorsque nous sommes dans une situation stressante, qu’elle soit mortelle ou banale, le cortisol est l’hormone qui prend le dessus. Il demande à notre corps de diriger l’énergie requise vers notre cerveau, nos muscles et notre cœur. «Le cortisol peut être sécrété sur une impulsion – vous vous sentez bien et soudainement, il se passe quelque chose qui vous met sous stress, et votre corps commence à produire plus d’hormone», explique Adrian Ionescu, directeur de Nanolab.

Bien que le cortisol aide notre corps à répondre aux situations stressantes, il s’agit en fait d’une épée à double tranchant. Il est généralement sécrété tout au long de la journée selon un rythme circadien, culminant entre 6h et 8h du matin puis diminuant progressivement dans l’après-midi et le soir. «Mais chez les personnes qui souffrent de maladies liées au stress, ce rythme circadien est complètement anéanti», explique Ionescu. «Et si le corps produit trop ou pas assez de cortisol, cela peut gravement nuire à la santé d’un individu, conduisant potentiellement à l’obésité, aux maladies cardiovasculaires, à la dépression ou à l’épuisement professionnel.

Capturer l’hormone pour la mesurer

Des tests sanguins peuvent être utilisés pour prendre des mesures instantanées des niveaux de cortisol des patients. Cependant, des quantités détectables de cortisol peuvent également être trouvées dans la salive, l’urine et la sueur. L’équipe d’Ionescu chez Nanolab a décidé de se concentrer sur la sueur comme fluide de détection et a développé un patch intelligent portable avec un capteur miniaturisé.

Le patch contient un transistor et une électrode en graphène qui, grâce à ses propriétés uniques, offre une sensibilité élevée et des limites de détection très basses. Le graphène est fonctionnalisé par des aptamères, qui sont de courts fragments d’ADN ou d’ARN simple brin pouvant se lier à des composés spécifiques.

L’aptamère du patch EPFL porte une charge négative; lorsqu’il entre en contact avec le cortisol, il capture immédiatement l’hormone, provoquant le repli des brins sur eux-mêmes et rapprochant la charge de la surface de l’électrode. L’appareil détecte alors la charge, et est par conséquent capable de mesurer la concentration de cortisol dans la sueur du porteur.

Jusqu’à présent, aucun autre système n’a été développé pour surveiller les concentrations de cortisol en continu tout au long du cycle circadien. «C’est le principal avantage et la caractéristique innovante de notre appareil. Parce qu’il peut être porté, les scientifiques peuvent collecter des données quantitatives et objectives sur certaines maladies liées au stress. Et ils peuvent le faire de manière non invasive, précise et instantanée sur l’ensemble gamme de concentrations de cortisol dans la sueur humaine », explique Ionescu.

L’ingénierie a amélioré les soins de santé

Les ingénieurs ont testé leur appareil sur la plate-forme propriétaire Lab-on-SkinTM de Xsensio; la prochaine étape consistera à le remettre entre les mains des travailleurs de la santé.

L’équipe R&D commune de l’EPFL et de Xsensio a franchi une étape importante de R&D dans la détection de l’hormone cortisol. Nous sommes impatients de tester ce nouveau capteur en milieu hospitalier et de découvrir de nouvelles perspectives sur le fonctionnement de notre corps. « 

Esmeralda Megally, PDG, Xsensio

L’équipe a mis en place un projet de passerelle avec le Pr Nelly Pitteloud, chef de l’endocrinologie, du diabète et du métabolisme au CHUV, pour que son personnel expérimente le système de surveillance continue du cortisol sur des patients humains. Ces essais impliqueront des individus en bonne santé ainsi que des personnes souffrant du syndrome de Cushing (lorsque le corps produit trop de cortisol), de la maladie d’Addison (lorsque le corps n’en produit pas assez) et de l’obésité liée au stress. Les ingénieurs pensent que leur capteur peut apporter une contribution majeure à l’étude des rythmes physiologiques et pathologiques de la sécrétion de cortisol.

Alors qu’en est-il des maladies psychologiques causées par trop de stress? «Pour l’instant, ils sont évalués uniquement sur la base des perceptions et des états d’esprit des patients, qui sont souvent subjectifs», explique Ionescu. « Ainsi, disposer d’un système portable fiable peut aider les médecins à quantifier objectivement si un patient souffre de dépression ou d’épuisement professionnel, par exemple, et si son traitement est efficace. De plus, les médecins disposeraient de ces informations en temps réel. Cela marquerait un faire un pas en avant dans la compréhension de ces maladies. « 

Et qui sait, peut-être qu’un jour cette technologie sera intégrée aux bracelets intelligents. «La prochaine phase se concentrera sur le développement de produits pour transformer cette invention passionnante en un élément clé de notre plateforme de détection Lab-on-SkinTM, et apporter la surveillance du stress aux appareils portables de nouvelle génération», déclare Megally.