Neuer Hautsensor misst Vitamin B6 und Glukose im Schweiß

Die gleichzeitige Überwachung von Glukose und Vitamin B6 könnte die Gesundheit und Vorsorge von Patienten mit Diabetes verbessern. Ermöglichen könnte das ein neues Sensorsystem, das auf der Haut getragen wird und beide Moleküle im Schweiß nachweist.

Vitamin B6 stärkt das Immunsystem und förder die Ausschüttung von Neurotransmittern im Gehirn. Bei Patienten mit chronischen Erkrankungen wie Diabetes kann es jedoch zu einem Vitamin-B6-Mangel kommen, der die geistige und körperliche Gesundheit beeinträchtigt. Es treten Symptome wie Reizbarkeit, Depression, Anämie, Taubheitsgefühl oder Muskelzuckungen auf.

Blutanalysen sind derzeit die einzige Möglichkeit, den B6-Spiegel zu überwachen. Ein Team um Prof. Huanyu „Larry“ Cheng von der Pennsylvania State University (USA) hat jedoch eine neue, nicht-invasive Methode entwickelt, die eine kontinuierliche Überwachung auch zu Hause ermöglichen könnte.

Laserinduziertes Graphen als Grundgerüst

Die Forschenden entwickelten ein Sensorsystem, das auf der Haut getragen wird, und Vitamin B6 in geringen Schweißkonzentrationen nachweisen kann. Gleichzeitig kann der Sensor mit hoher Sensibilität Glukose erkennen, sodass Diabetiker Glukose und Vitamin B6 simultan nicht-invasiv überwachen könnten. Das Team veröffentlichte seinen neuen Ansatz kürzlich in der Fachzeitschrift “Composites Part B: Engineering”.

Um die hochempfindliche Sonde für Vitamin B6 zu entwickeln, produzierte Chengs Team laserinduzierte Graphen-Nanokomposite (LIG). Dabei werden dünne Kohlenstoffschichten strukturiert. Sie dienen als Sensorgerüst, auf dem die weiteren funktionellen Komponenten aufgebaut werden, die auf den jeweiligen Biomarker abzielen.

In einer früheren Studie hatte das Team um Cheng mithilfe von LIG bereits einen verbesserten Atem-Sensor entwickelt. Dieser misst in der Kombination mit Zinkoxid den Aceton-Gehalt in der Atemluft und könnte die Grundlage für eine Art Diabetes-Schnelltest sein.

Hohe Selektivität für Vitamin B6

In der aktuellen Studie nutzten die Forschenden sogenannte Molekular geprägte Polymere (MIPs), um eine sehr geringe Menge an Vitamin B6 im Schweiß zu erfassen. MIPs seien synthetische Polymere mit vordefinierten Erkennungsstellen, die biologische Rezeptoren wie Antikörper nachahmen, erklärt Cheng. Werden MIPs in Gegenwart von Vitamin B6 geprägt, fungieren sie als künstliches Enzym, das dann selektiv an Zielmoleküle, wie in diesem Fall Vitamin B6 und Glukose, bindet.

„Da in Schweiß nur geringe Spuren an Vitamin B6 vorkommen, mussten wir einen speziellen Ansatz für den Nachweis entwickeln“, so Cheng. „Das MIP im Sensorsystem bindet mit hoher Selektivität an das Zielmolekül […], ähnlich wie ein Kleinkind, das eine Figur in ein Steckspiel steckt.“

Außerdem kombinierten die Forschenden die MIPs mit Preußischblau-Redoxsonden. Dieses Material erleichtert oder zeigt Reaktion an und gibt in Gegenwart bestimmter Moleküle ein elektrisches Signal ab. Der neu entwickelte Sensor misst Vitamin B6 also indem er Änderungen des elektrischen Stroms erkennt. Typische Vitamin-B6-Werte im Schweiß liegen bei etwa 100 Nanomolar. Der neue Sensor hat eine Nachweisgrenze von nur 0,93 Nanomolar und liegt damit deutlich im nachweisbaren Bereich.

Vielseitiges Anwendungspotenzial …

Darüber hinaus ergaben Tests des Sensors auf Glukose am Körper eine Nachweisgrenze von 93 Nanomolar. Laut Cheng gilt dies im Vergleich zu anderen Geräten, die Glukose im Schweiß erkennen können, als hochempfindlich.

„Dank der Vielseitigkeit und Anpassungsfähigkeit der MIPs ist das Sensorsystem vielseitig einsetzbar und kann auch andere Biomarker wie Glukose erkennen“, erläutert Cheng. „Theoretisch können wir das MIP so anpassen, dass es andere relevante Proteine ​​erkennt, wie etwa weibliche Fortpflanzungshormone oder Proteine, die auf eine Infektionskrankheit wie Sepsis hinweisen. Das hoffen wir in späteren Forschungsphasen zu erreichen.“

… für eine bessere Gesundheitsvorsorge

Die Überwachung von Vitamin B6 und anderen Vitaminen könne zur Verbesserung der Patientengesundheit beitragen, so Cheng weiter, da Schwankungen des Vitamin-B6-Spiegels auf ein geschwächtes Immunsystem hinweisen könnten.

„Wenn Ärzte starke Schwankungen des Vitamin-B6-Spiegels im Schweiß feststellen, kann dies darauf hinweisen, dass der Patient anfälliger für Krankheiten ist, insbesondere bei chronischen Erkrankungen wie Diabetes“, erklärt Cheng. „Die Produktion von Antikörpern und die damit verbundene Gesundheit des Immunsystems hängen von einer konstanten Vitamin-B6-Versorgung ab. Patienten könnten daher möglicherweise Änderungen vornehmen, bevor sie krank werden.“

(mkl/BIERMANN)