Tänk dig en Fitbit som mäter mycket mer än steg, hjärtfrekvens, och förbrända kalorier. Det spårar kontinuerligt alla indikatorer på fysiologisk hälsa som för närvarande kräver dyra och tidskrävande analyser av blodplasma. Enheten är billig, pålitlig, och drivs av samma proteiner som våra kroppar producerar hela dagen, varje dag. Även om det låter som ett långsökt koncept enligt dagens mått, James Galagan, en biomedicinsk ingenjör vid Boston University, säger forskning som utförts i hans laboratorium kan påskynda den enheten från ritbordet till vårt dagliga liv.

Ett team av forskare från Galagans BU -laboratorium och University of Bordeaux inspirerades av den kommersiellt framgångsrika biometriska enheten som övervakar en fysiologisk funktion dygnet runt:den kontinuerliga glukosmonitorn, vars centrala uppgift utförs av ett protein erhållet från en mikrobe som känner av glukos.

"Det finns potentiellt miljoner liknande proteiner, säger teamledaren Galagan, en BU College of Engineering docent i biomedicinsk teknik. "De kan känna nästan vad som helst som påverkar vår hälsa. En primär anledning till att vi inte har fler sensorer som glukossensorn är att proteinerna som behövs för att göra dessa sensorer inte har identifierats."

Så, Galagans team, som inkluderar BU College of Engineering fakultetsmedlemmar Mark Grinstaff, Allison Dennis, och Catherine Klapperich, bestämde sig för att hitta några. Deras fynd, beskrivs i en artikel publicerad i Naturkommunikation , använde en ny screeningmetod för att identifiera den första kända bakteriehärledda sensorn för att detektera progesteron, ett kvinnligt hormon som spelar en avgörande roll i reproduktionen. Teamet utvecklade sedan teknik som översatte sensorns detekteringsförmåga till en optisk utgång, skapa den första realtid, optisk - och reversibel - progesteronsensor.

Sensorns reversibilitet, säger Galagan, tillåter det att generera kontinuerliga mätningar när hormonnivån stiger och sjunker i kroppen, liknande glukossensorn. Det skiljer också sensorn från befintliga antikroppsbaserade metoder för att mäta progesteron, som endast ger en mätning från en enda tidpunkt.

I ett test med konstgjord urin, forskarna fann att sensorn, som kan utrustas med en billig och bärbar elektronisk läsare för vårdapplikationer, kunde detektera progesteron med en specificitet som är tillräcklig för klinisk användning. Allt detta tyder på att det kan vara lämpligt för hemmabruk, ersätta många laboratoriebaserade tester för progesteronmätningar som krävs under in vitro-befruktningsprocessen.

Studiens stora takeaway, säger Galagan, är att det är ett "första bevis på principen att vi skulle kunna ta en organism, identifiera ett nytt avkänningsprotein, isolera detta protein från bakterien, och konstruera den till en sensorenhet som är tillämplig för vård. Så vitt vi vet, Detta har aldrig gjorts tidigare. "Han betonar att det nyutvecklade tillvägagångssättet inte använder bakterierna som en sensor. Snarare det bryter bakterierna för proteindelar, isolerar dessa delar, och förvandlar dem sedan till sensorer som kan användas för enhetsteknik.

"Tills nu, bärbar teknik har främst fokuserat på makro [indikatorer] på hälsa, som puls, blodtryck, etc., "säger Kenneth Lutchen, dekanus vid BU:s tekniska högskola. "Men vi behöver desperat metoder för att förutsäga sjukdomens uppkomst i god tid innan de skapar farliga förändringar i sådana åtgärder. Dr Galagan och kollegor har visat principprincip för att tillhandahålla realtidsövervakning av mikrobiella indikatorer på hälsostatus på ett sätt som radikalt kan förändra våra förmåga att delta i förutsägande, hem-telemedicin. I princip, de kan ge specifik och känslig tidig insikt om sjukdomens uppkomst som leder till tidigt ingripande, så att livskvaliteten förbättras samtidigt som sjukvårdskostnaderna minskas dramatiskt. "

Pappret, vars teknik nyligen visades upp vid kickoff -symposiet för det nya BU Precision Diagnostics Center, ger en grund för att utveckla många fler sensorenheter, baserat på samma proteinklass. Forskarna bygger för närvarande på den grunden - utvecklar teknik för att immobilisera och distribuera sådana sensorer, och arbetar med sätt att omvandla dess detekteringsmöjligheter till en direkt elektronisk signal.

"Kooperativ biologi för tekniska ändamål kräver vanligtvis översättning av biologiska signaler till ett flöde av fotoner eller elektroner, "säger Galagan." Det jobbar vi på nu. "

"Det fantastiska med detta är forskningens tvärvetenskapliga karaktär, "säger Klapperich, chef för BU:s precisionsdiagnostikcenter. "Vi har människor som gör beräkningsarbete, molekylärt arbete, och människor från materialvetenskap som bygger sensorerna. Att arbeta med så många människor från olika delar av universitetet är spännande. "

Sedan deras genombrott rapporterades i Naturkommunikation , forskarna har redan utvecklat en andra generationens tillvägagångssätt som gör att de kan screena efter delar från komplexa mikrobiella prover, snarare än från en enda odlad bakterie. Att "meta-genomisk" screening kan söka efter sådant som jord, eller vårt eget mikrobiom, i huvudsak ge tillgång till den fulla mångfalden av mikrober för forskare som letar efter avkännande delar. Och eftersom tillvägagångssättet identifierar en specifik gen samt ett avkännande protein, det gör det möjligt för forskare att ändra transkriptionsfaktorn på sätt som kan göra den mer kraftfull eller få förmågan att känna av andra kemiska föreningar, såsom kortisol eller östrogen.

"Just nu, vi arbetar med hormoner, "säger Klapperich." Men det här kan fungera med alla möjliga saker. Jag kan inte vänta tills vi får upp det här. "

Den stora utmaningen som väntar, Galagan säger, är distribution av sådana sensorer för att övervaka vår hälsa och miljö. Hans team hoppas kunna använda teknik som byggs i laboratorier runt om i världen för att utveckla ett brett spektrum av applikationer:från att känna av korallhälsa till att övervaka fysiologiska variabler från svett och interstitiell vätska med en icke -invasiv eller minimalt invasiv bärbar enhet.

"Detta är egentligen bara toppen av isberget, "säger Galagan." Vi är nu positionerade för att bryta hela mikrobernas mångfald för att konstruera sensorer för ett brett spektrum av hälsa, bioteknologisk, och konsumentapplikationer. Vi hoppas att dessa sensorer en dag kommer att finnas tillgängliga på hyllorna bredvid den kontinuerliga glukosmonitorn. "