UN L’équipe de recherche dirigée par le Dr Yangzhi Zhu, chercheur principal et professeur adjoint à l’Institut Terasaki pour l’innovation biomédicale (TIBI), a développé une lentille de contact intelligente souple et réutilisable dans le cadre de sa bibliothèque oculaire plus large pour l’analyse des biomarqueurs lacrymaux (OCULAB), une plateforme bioélectronique lacrymale pour la surveillance biochimique longitudinale non invasive à travers la surface oculaire et le film lacrymal. Dans cette étude, la plateforme a été utilisée pour mesurer la sérotonine directement à partir des larmes comme cible de preuve de concept pour surveiller les changements physiologiques liés au stress.
Le stress affecte de nombreux aspects de la santé physique et mentale, mais les changements physiologiques associés au stress peuvent être difficiles à surveiller objectivement au fil du temps. La sérotonine est une molécule de signalisation importante impliquée dans la régulation de l’humeur et la physiologie liée au stress. Elle est également présente dans les larmes, faisant du liquide lacrymal une source attrayante et peu invasive d’informations biochimiques. L’étude originale a été conçue pour explorer si une plate-forme bioélectronique oculaire molle pourrait détecter avec sensibilité la sérotonine dans ce petit biofluide dynamique. L’équipe a développé le dispositif, appelé laboratoire sur lentille de contact, en intégrant un capteur fin et flexible dans une lentille de contact souple standard. Le capteur utilise un composé appelé ferrocène, qui réagit avec la sérotonine pour générer un petit signal électrique qui peut être mesuré et converti en lecture de concentration. L’ouvrage, publié dans Médecine translationnelle scientifiquea montré que le capteur pouvait détecter la sérotonine à des concentrations aussi basses que 72 picomolaires, un niveau de sensibilité environ 200 fois supérieur à celui nécessaire pour mesurer la sérotonine typique des larmes humaines, lui permettant de détecter de manière fiable de petits changements.
Dans un modèle murin de stress chronique, les concentrations de sérotonine dans les larmes ont chuté tandis que le cortisol, une hormone de stress bien connue, a augmenté dans le sang et les larmes, faisant écho aux schémas observés lors de recherches antérieures sur le stress humain. Dans une petite étude pilote, des échantillons de larmes prélevés sur 10 volontaires lors d’un test d’effort standardisé ont montré une tendance similaire, les niveaux de sérotonine diminuant pendant la tâche stressante et revenant ensuite à leur niveau de base. La lentille a également maintenu des lectures précises sur jusqu’à 400 utilisations sur plusieurs jours, ce qui suggère qu’elle pourrait être réutilisée plutôt que remplacée après chaque mesure.
Les larmes contiennent plus d’informations sur notre corps que la plupart des gens ne le pensent. Cette lentille nous permet de lire certaines de ces informations sans aiguilles ni visites en laboratoire, directement à partir de quelque chose que les gens portent déjà. »
M. Minwoo Kim, premier auteur et chercheur postdoctoral, Terasaki Institute for Biomedical Innovation
« L’œil offre une fenêtre unique sur la physiologie oculaire et systémique », a déclaré le Dr Yangzhi Zhu, chercheur principal et professeur adjoint à l’Institut Terasaki. « Grâce à notre programme de bioélectronique oculaire, nous développons des dispositifs oculaires mous qui peuvent transformer le film lacrymal en une source d’informations biochimiques longitudinales. La sérotonine est une cible importante de validation de principe, mais l’objectif plus large est de construire des systèmes oculaires portables capables de surveiller plusieurs biomarqueurs et signaux physiologiques au fil du temps. »
La prochaine étape de l’équipe consiste à passer de la plate-forme actuelle connectée au laboratoire à un système portable entièrement intégré. L’équipe prévoit d’intégrer des composants sans fil afin que la future version de la lentille puisse acquérir et transmettre des lectures en temps réel tout en étant portée, plutôt que de nécessiter la collecte et l’analyse ultérieure d’échantillons de larmes. Des études humaines plus vastes et plus diversifiées seront également nécessaires pour déterminer le lien entre la sérotonine lacrymale et le stress et la santé mentale dans différentes populations. La stabilité du capteur à long terme, l’étalonnage dans l’environnement lacrymal dynamique, le confort, la reproductibilité de la fabrication et la sécurité oculaire étendue devront également être établis avant que la technologie puisse évoluer vers une utilisation clinique.
Plus largement, les travaux établissent un cadre pour la bioélectronique oculaire, l’intégration de l’électronique douce, de la détection biochimique et des technologies portables avec la surface oculaire et le film lacrymal. Plutôt que de considérer la lentille de contact uniquement comme un dispositif optique, les chercheurs la considèrent comme une interface potentielle permettant d’accéder en continu à des informations physiologiques de manière peu invasive.
« Notre vision à long terme n’est pas simplement de construire une lentille de contact intelligente qui mesure une molécule », a déclaré Zhu. « Nous souhaitons faire de la bioélectronique lacrymale une plate-forme plus large pour comprendre la physiologie dynamique à travers l’œil et, à terme, permettre des approches plus personnalisées et longitudinales de la surveillance de la santé. »
En intégrant des matériaux pour lentilles de contact souples, la biodétection électrochimique, l’électronique flexible et les futures capacités sans fil, OCULAB représente un effort plus large visant à transformer la surface oculaire en une interface non invasive entre le corps humain et les technologies de santé numérique.
