Der Östradiolspiegel verrät einiges über den Zyklus – besonders für Frauen mit Kinderwunsch ist das wichtig. Ein tragbarer Biosensor soll jetzt das Hormon im Schweiß messen.
Östradiol, die Hauptform des Östrogens, spielt eine zentrale Rolle in der Regulation des weiblichen Zyklus. Während des Menstruationszyklus liefert Östradiol Rückmeldungen an die Hypothalamus-Hypophysen-Ovarial-Achse, um die Produktion von luteinisierendem Hormon und den Eisprung zu regulieren. Über die Bestimmung der Östradiolspiegel können somit wichtige Informationen über den weiblichen Zyklus gewonnen werden z.B. im Rahmen einer Kinderwunschbehandlung oder zur Abklärung von Zyklusunregelmäßigkeiten.
Bisher ist für die Untersuchung der Östradiolspiegel eine Blutentnahme erforderlich, was für Betroffene einen erhöhten logistischen Aufwand bedeutet. Andere Ansätze zur Überwachung der Fruchtbarkeit, etwa die Messung der Basaltemperatur oder die Bestimmung von luteinisierendem Hormon im Urin sind im Vergleich zu einer Serum-Östradiolbestimmung ungenauer. Darüber hinaus ist die Serum-Östradiol-Analyse ein Goldstandard für die Überwachung der Ovulationsinduktion mit Gonadotropinen.
Wissenschaftler haben nun einen tragbaren Biosensor in Form eines Rings entwickelt, um das Hormon Östradiol in menschlichem Schweiß zu messen. Dazu wird die Schweißproduktion unter dem Sensor durch Strom angeregt und der Schweiß anschließend in ein kleines Reservoir gesaugt und vermessen. Die neuartige Elektrodentechnologie nutzt eine Gruppe von Molekülen, die sogenannten Aptamere, um die Hormonspiegel in Echtzeit zu messen.
Aptamere sind kurze DNA- oder RNA-Oligonukleotide mit der Fähigkeit, spezifische Zielmoleküle selektiv zu binden, und werden auch als „synthetische Antikörper“ bezeichnet. Sie werden in der Regel durch eine Auswahl aus einer großen Zufallssequenzbibliothek entsprechend ihrer Bindungsfähigkeit an das Zielmolekül gewonnen. Im Vergleich zu Antikörpern sind Aptamere jedoch viel kleiner und können künstlich synthetisiert werden. Für den hier vorgestellten Sensor werden die Aptamere zunächst mit einer einzelsträngigen DNA beladen, die mit Methylenblau markiert wurde. Östradiol verdrängt diese DNA-Stränge aus der Bindung, so dass sie frei werden und an komplementäre DNA-Stränge auf einer Elektrode binden, die mit einem speziellen Material beschichtet ist um schwache elektrische Signale zu verstärken. Die Menge an Metyhlenblau wird anschließend in einen Messwert für die Menge an aptamergebundenem Östradiol übersetzt.
In Experimenten mit künstlichem Schweiß konnte der Sensor Östradiol in nur 10 Minuten und in kleinsten Konzentrationen nachweisen. Die Hormonmessungen werden durch zusätzliche Sensoren kalibriert, die die Hauttemperatur, den pH-Wert und die Salzkonzentration des Schweißes messen. Die Messwerte können anschließend direkt an ein Mobiltelefon gesendet und angezeigt werden. So könnten Frauen in Zukunft in Echtzeit auf ihre eigenen Werte zugreifen.
Der Biosensor wurde bisher erst an fünf Frauen getestet. Dabei zeigten sich eine vielversprechende Korrelation zwischen den in Blutseren gemessenen Östradiolkonzentrationen und denen die durch den Sensor im Schweiß gemessen wurden. Die entsprechende Studie wurde in der Zeitschrift Nature Nanotechnology veröffentlicht. Da die Stichprobengröße sehr klein war, müssen nun noch weitere Untersuchungen folgen um sicherzustellen, dass der Sensor wirklich unter verschiedenen Bedingungen zuverlässig funktioniert. Es ist zu erwarten, dass in Zukunft auch noch weitere Hormone auf ähnliche Weise gemonitort werden können. So wurde in einer Pilotstudie bereits ein Sensor erprobt, der Cortisol im Schweiß messen kann.
https://www.nature.com/articles/s41565-023-01513-0
https://www.fz-juelich.de/en/ibi/ibi-3/research/aptamer-sensors
https://communities.springernature.com/posts/a-wearable-female-hormone-monitor-for-women-s-health
https://www.nature.com/articles/d41586-023-03812-x
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abk0967
Bildquelle: Wilhelm Gunkel, Unsplash
