DOI: https://doi.org/10.1021/acssensors.3c01912
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38551608
تاريخ النشر: 2024-03-29
المؤلف: Visesh Vignesh وآخرون
الموضوع الرئيسي: استجابات الإجهاد والكورتيزول
نظرة عامة
هرمون الكورتيزول، وهو مكون رئيسي من محور الوطاء-الغدة النخامية-الكظرية (HPA)، يظهر إيقاعًا يوميًا حيويًا للاستجابة للضغوط الخارجية. يمكن أن تؤدي الاضطرابات في إفراز الكورتيزول إلى ارتفاع مزمن في مستويات الكورتيزول، والذي يرتبط بمشاكل صحية متنوعة، بما في ذلك الأمراض القلبية الوعائية، واضطرابات الصحة النفسية، والسكري. القياس الدقيق للكورتيزول أمر ضروري لتشخيص الإجهاد المزمن والاضطرابات ذات الصلة؛ ومع ذلك، فإن الطرق الحالية مثل مطيافية الكتلة والاختبارات المناعية غالبًا ما تكون مستهلكة للوقت، مكلفة، وغير قادرة على التقاط إيقاع الهرمون الديناميكي.
تناقش هذه المراجعة تطور طرق الكشف عن الكورتيزول، مع التركيز على الانتقال من التقنيات المخبرية التقليدية إلى أجهزة الاستشعار الحيوية اللامركزية لمراقبة الكورتيزول. تسلط الضوء على هيمنة الاختبارات المناعية المعتمدة على الأجسام المضادة في تطوير أجهزة الاستشعار الحيوية في نقطة الرعاية، بينما تستكشف أيضًا جزيئات الالتقاط المبتكرة مثل الأبتاميرات والبوليمرات المطبوعة جزيئيًا (MIPs). تعد هذه التطورات، جنبًا إلى جنب مع تقنيات مثل الميكروفلويدكس والإلكترونيات القابلة للارتداء، بتحسينات في حد الكشف (LoD) والخصوصية، مما يسهل قياسات الكورتيزول السريعة أو المستمرة. تؤكد المراجعة على ضرورة وجود اختبارات كمية تدعم نهج الطب الشخصي في إدارة الإجهاد، داعية إلى تركيبات تكنولوجية تآزرية يمكن أن تستوعب إيقاع الكورتيزول المتقلب.
مناقشة
تسلط قسم المناقشة في ورقة البحث الضوء على التعقيدات والاعتبارات المعنية في قياس الكورتيزول عبر مصفوفات بيولوجية متنوعة، بما في ذلك المصل، اللعاب، السائل بين الخلايا، والعرق. يوفر أخذ عينات المصل قياسًا شاملاً لمجموع الكورتيزول ولكنه يتسم بالتدخل والجهد الكبير، مع إمكانية الحصول على نتائج مضللة بسبب إفراز الكورتيزول الناتج عن الإجهاد أثناء جمع الدم. الكورتيزول اللعابي، على الرغم من كونه غير تدخلي ويعكس مستويات الكورتيزول الحرة، يواجه تحديات مثل التلوث الناتج عن الكورتيزون اللعابي والحاجة إلى الصيام قبل الجمع. يوفر السائل بين الخلايا إمكانية أخذ عينات مستمرة ورؤى أفضل على مستوى الأنسجة، بينما يمكن جمع العرق باستخدام التكنولوجيا القابلة للارتداء ولكنه محدود بالحاجة إلى التعرق للحصول على قراءات موثوقة.
كما تستعرض هذه القسم التقنيات المعتمدة للكشف عن الكورتيزول، مع التركيز على التطور من الطرق الفلورية المبكرة إلى الاختبارات المناعية الحديثة ومطيافية الكتلة (MS). لقد حسنت الاختبارات المناعية، وخاصة اختبارات الامتصاص المناعي المرتبط بالإنزيم (ELISAs)، من الخصوصية والحساسية ولكن يمكن أن تعاني من مشاكل التفاعل المتبادل. يُعترف بمطيافية الكتلة كمعيار ذهبي لقياس الكورتيزول بسبب خصوصيتها العالية وقدرتها على تحليل أنواع الستيرويد المتعددة في وقت واحد، على الرغم من أن تكلفتها العالية وتعقيدها يحدان من استخدامها في إعدادات نقطة الرعاية (PoC). تدعو الورقة إلى تطوير أنظمة مراقبة الكورتيزول السريعة التي يمكن أن تخفف من عبء الاختبارات المتعددة وتوفر رؤى تشخيصية في الوقت المناسب، خاصة في حالات مثل قصور الغدة الكظرية وفرط الكورتيزول. تُقدم تقنيات الاستشعار الحيوي الناشئة، بما في ذلك الميكروفلويدكس والاستشعار الكهروكيميائي، كطرق واعدة لتعزيز الحساسية، والقدرة على تحمل التكاليف، والوصول إلى الكشف عن الكورتيزول في الممارسة السريرية.
DOI: https://doi.org/10.1021/acssensors.3c01912
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38551608
Publication Date: 2024-03-29
Author(s): Visesh Vignesh et al.
Primary Topic: Stress Responses and Cortisol
Overview
The hormone cortisol, a key component of the hypothalamic-pituitary-adrenal (HPA) axis, exhibits a circadian rhythm crucial for responding to external stressors. Disruptions in cortisol secretion can lead to chronic elevation of cortisol levels, which is associated with various health issues, including cardiovascular diseases, mental health disorders, and diabetes. Accurate measurement of cortisol is essential for diagnosing chronic stress and related disorders; however, current methods such as mass spectroscopy and immunoassays are often time-consuming, costly, and unable to capture the hormone’s dynamic biorhythm.
This review discusses the evolution of cortisol detection methods, emphasizing the transition from traditional laboratory techniques to decentralized biosensors for cortisol monitoring. It highlights the dominance of antibody-based immunoassays in point-of-care biosensor development while also exploring innovative capture molecules like aptamers and molecularly imprinted polymers (MIPs). These advancements, combined with technologies such as microfluidics and wearable electronics, promise improvements in limit of detection (LoD) and specificity, facilitating rapid or continuous cortisol measurements. The review underscores the necessity for quantitative tests that support a personalized medicine approach to stress management, advocating for synergistic technological combinations that can accommodate cortisol’s fluctuating biorhythm.
Discussion
The discussion section of the research paper highlights the complexities and considerations involved in cortisol measurement across various biological matrices, including serum, saliva, interstitial fluid, and sweat. Serum sampling provides a comprehensive measure of total cortisol but is invasive and labor-intensive, with potential for misleading results due to stress-induced cortisol release during blood collection. Salivary cortisol, while non-invasive and reflective of free cortisol levels, faces challenges such as contamination from salivary cortisone and the need for fasting prior to collection. Interstitial fluid offers continuous sampling potential and better tissue-level insights, while sweat can be collected using wearable technology but is limited by the need for perspiration to obtain reliable readings.
The section also reviews established technologies for cortisol detection, emphasizing the evolution from early fluorometric methods to modern immunoassays and mass spectrometry (MS). Immunoassays, particularly enzyme-linked immunosorbent assays (ELISAs), have improved specificity and sensitivity but can suffer from cross-reactivity issues. MS is recognized as the gold standard for cortisol measurement due to its high specificity and ability to analyze multiple steroid species simultaneously, although its high cost and complexity limit its use in point-of-care (PoC) settings. The paper advocates for the development of rapid cortisol monitoring systems that can alleviate the burden of multiple testing and provide timely diagnostic insights, particularly in conditions like adrenal insufficiency and hypercortisolism. Emerging biosensing technologies, including microfluidics and electrochemical sensing, are presented as promising avenues for enhancing the sensitivity, affordability, and accessibility of cortisol detection in clinical practice.