Come determinare l'età biologica e la resistenza allo stress utilizzando l'analisi del sudore

L'età cronologica dice poco sullo stato reale del corpo: due persone della stessa età possono differire radicalmente in termini di resistenza, rischi e risposta al trattamento. Un team di ricercatori del Politecnico federale di Zurigo, dell'Empa, del Caltech e dell'Ospedale universitario di Basilea sta lanciando il progetto AGE RESIST (AGE clock for RESIlience in SweaT): gli scienziati vogliono imparare a valutare in modo accurato e semplice l'età biologica e la "resilienza" (resistenza allo stress e alla tensione) basandosi sulle molecole presenti nel sudore, che vengono continuamente raccolte da sensori indossabili. L'idea è quella di trasformare complessi pannelli di laboratorio in un pratico "orologio dell'età" sulla pelle per personalizzare le decisioni mediche e ridurre gli effetti collaterali del trattamento. Il progetto è finanziato dal Fondo nazionale svizzero per la ricerca scientifica (FNS).

Contesto dello studio

L'età anagrafica (cronologica) è un indicatore poco affidabile dello stato reale dell'organismo: resistenza, vulnerabilità alle malattie e tolleranza al trattamento. Per questo motivo, negli ultimi anni si sono sviluppati rapidamente "orologi" biologici per la misurazione dell'età. Molti di essi, tuttavia, si basano su costosi pannelli di laboratorio (analisi del sangue, "omiche"), forniscono risultati episodici e non sempre hanno dimostrato un valore clinico aggiunto. In questo contesto, il progetto AGE RESIST (ETH di Zurigo, Empa, Caltech, Ospedale Universitario di Basilea) offre una soluzione diversa: ricercare nuovi biomarcatori nel sudore e leggerli continuamente con sensori indossabili per valutare non solo l'"età", ma anche la resilienza, ovvero la resistenza allo stress e il tasso di recupero. Questo approccio basato sull'"orologio" è concepito come strumento per personalizzare la terapia: per selezionare l'intensità degli interventi in base alle reali condizioni fisiche del paziente e quindi ridurre gli effetti collaterali. Il progetto è finanziato dal Fondo Nazionale Svizzero per la Ricerca Scientifica (FNS).

Perché sudare? Offre una comoda finestra sulla fisiologia: elettroliti, metaboliti, marcatori di stress e infiammazione che possono essere misurati senza aghi e in tempo reale. Le piattaforme di interfaccia cutanea hanno fatto enormi progressi negli ultimi anni, con patch elettrochimiche flessibili, collettori microfluidici e sensori multi-ora in grado di tracciare le dinamiche degli analiti, non solo i valori statici. Questo è importante per la resilienza: non sono tanto le concentrazioni assolute a essere previste, ma il profilo della risposta al calore/carico e la forma della "curva di recupero" in combinazione con frequenza cardiaca, respirazione e temperatura corporea.

Presso AGE RESIST, questa idea viene messa in pratica: il team sta sviluppando un sensore portatile per il sudore, testando prototipi in una camera climatica e combinando segnali molecolari con dati fisiologici (frequenza cardiaca, frequenza respiratoria, temperatura corporea, ecc.) per addestrare un modello di età+resilienza. Il progetto è guidato da Noé Brasier (ETH di Zurigo); per l'Empa, Simon Annaheim è responsabile del reparto di sensoristica. Il risultato atteso è una pratica "scala di età" per la clinica, che aiuti a pianificare il trattamento e la riabilitazione in base all'età fisiologica anziché all'età presunta.

Il contesto è più ampio di un singolo progetto: gli "orologi" classici - epigenetici, trascrittomici, proteomici - si stanno sviluppando rapidamente, ma nel 2024-2025 i loro limiti e la loro "ricalibrazione" (dipendenza dalla composizione delle cellule del sangue, riconfigurazione dei modelli per diverse popolazioni, portabilità alla clinica) sono oggetto di discussione attiva. L'idea di "orologi" indossabili/basati sul sudore, proposta per la prima volta in modo sistematico nell'agenda accademica nel 2023, colma semplicemente il divario tra i biomarcatori di laboratorio e il monitoraggio quotidiano: cerca di catturare il lato dinamico dell'invecchiamento: la capacità del sistema di rispondere a una sfida e di riprendersi.

Come funzionerà

I ricercatori stanno sviluppando un sensore portatile per il sudore che legge simultaneamente nuovi biomarcatori molecolari e li combina con parametri fisiologici (frequenza cardiaca, frequenza respiratoria, temperatura corporea, ecc.). Secondo Simon Annaheim del laboratorio Biomimetic Membranes and Textiles (Empa), la precisione dei sensori cutanei consente di ottenere dati continui e affidabili sullo stato del corpo. Il team sta testando i prototipi in una camera climatica dove è possibile dosare calore e carico. Sulla base di questi flussi di dati, verrà addestrato un algoritmo "a orologeria" che collega la capacità di far fronte al carico e di recuperare con l'età biologica e la resilienza.

Chi c'è dietro il progetto e cosa cambierà?

L'ideatore è il Dott. Noé Brazier (ETH di Zurigo, Istituto di Medicina Traslazionale); il progetto coinvolge specialisti clinici, sensoriali e dei materiali provenienti dagli ospedali ETH, Empa, Caltech e Basilea. Se l'"orologio" dimostra riproducibilità e valore predittivo, può essere utilizzato per selezionare l'intensità della terapia e della riabilitazione in base all'età "fisiologica", anziché a un passaporto, dall'oncologia e cardiologia all'ortopedia e alla geriatria. Idealmente, questo riduce il "sovratrattamento", gli effetti collaterali e le mancate opportunità di interventi tempestivi.

Reclutamento di volontari: cosa sperimenteranno i partecipanti

È attualmente in corso il reclutamento per uno studio pilota. Si cercano uomini e donne disposti a completare circa 1 ora di esercizio, di età compresa tra 44 e 54 anni o 60 e 70 anni, con un BMI < 30 e una buona conoscenza del tedesco o dell'inglese. La partecipazione prevede i seguenti costi: valutazione della forma fisica (spiroergometria), valutazione dell'età biologica, risultati degli esami del sangue e un compenso di 200 CHF (incluse le spese di viaggio). La sede dello studio è l'Empa, San Gallo. La procedura comprende tre visite (circa 6 ore in totale): screening; visita principale con esercizio di cyclette a riscaldamento delicato e pause (viene rilevato il sudore, mentre i parametri vengono registrati con sensori non invasivi); una breve visita finale per verificare la rimozione della capsula del sensore per il monitoraggio della temperatura del "core". I dati sono riservati; ai partecipanti non viene garantito alcun beneficio medico.

Perché sudare?

Il sudore è una "finestra" sul metabolismo: contiene elettroliti, metaboliti, marcatori di infiammazione e stress, che possono essere misurati in modo continuo e senza aghi. A differenza dei normali esami del sangue, il sudore misurato tramite sensori indossabili fornisce informazioni dinamiche: come il corpo reagisce a uno stimolo (calore, carico) e quanto velocemente recupera. Per un "orologio dell'età", non è importante solo "quante" molecole vengono rilevate contemporaneamente, ma anche il profilo di risposta: l'ampiezza, la velocità e la forma della curva di recupero. Insieme alla frequenza cardiaca, alla respirazione e alla temperatura corporea, questo si trasforma in un "ritratto" digitale della resilienza, la chiave per un trattamento personalizzato.

Cosa viene misurato esattamente e come viene interpretato?

Nel pilota, il team confronta:

• Molecole nel sudore: una nuova serie di candidati biomarcatori dell'età biologica e della risposta allo stress.
• Fisiologia: frequenza cardiaca, respirazione, temperatura corporea (tramite capsula sensoriale ingerita), parametri cutanei.
• Resistenza e "resistenza al calore": cicli e recupero controllati termicamente.
  I dati vengono poi assemblati in un modello di resistenza all'invecchiamento, validato per fasce d'età e ripetizioni. L'obiettivo è uno strumento con valore clinico aggiunto, facile da usare e comprendere per i medici.

Dove questo può tornare utile domani

• Pianificazione dell'intervento. Valutazione dell'età "fisiologica" e della riserva prima dell'intervento chirurgico o della terapia intensiva per dosare più accuratamente il rischio.
• Riabilitazione e medicina sportiva. Monitorare la resilienza nel tempo, adattare i carichi nel tempo e monitorare il sovraccarico.
• Geriatria e malattie croniche: individuare le "lacune" nella resilienza molto prima degli eventi clinici e personalizzare il trattamento.

In breve - la cosa principale

• AGE RESIST ricerca i biomarcatori dell'età biologica e della resilienza nel sudore e addestra i sensori indossabili a "leggerli" continuamente.
• Il progetto è guidato dal Politecnico federale di Zurigo, dall'Empa, dal Caltech e dalle Cliniche di Basilea, ed è finanziato dal Fondo nazionale svizzero per la ricerca (NSF). L'obiettivo è la creazione di un "orologio" specifico per età per la medicina personalizzata.
• Nel pilota - 3 visite, carico ciclico a calore dolce, capsula sensoriale per la temperatura corporea, compensazione 200 CHF.

Fonte: pagina dell'Empa sul progetto AGE RESIST.