ОглавлениеВведениеЗаключениеВведение   Болезнь Паркинсона (БП) – одно из наиболее распространенных нейродегенеративных заболеваний головного мозга, преимущественно обнаруживающееся у пожилых людей [1]. Нейропатологические признаки включают потерю дофаминергических нейронов в черной субстанции, наличие телец Леви, формирующихся в результате агрегации α-синуклеина, и нейровоспаление в головном мозге. Основными симптомами БП являются двигательные нарушения, такие как ригидность, тремор, брадикинезия и постуральная неустойчивость. Также БП характеризуется немоторными симптомами, которые могут предшествовать постановке диагноза несколько лет или десятилетий [2]. К таким симптомам относят различные когнитивные нарушения, слюнотечение, запор и кожные заболевания.    Все лечение сконцентрировано на облегчении симптомов заболевания, так как на сегодняшний день метода, направленного на остановку дегенерации нейронов при БП, не существует. Более того, существует проблема в постановке диагноза БП. Диагноз ставится при явном проявлении моторных нарушений, когда поражено 50–70% дофаминергических нейронов черной субстанции и базальных ганглиев [3]. Поэтому возникает интерес к биомаркерам, которые могут использоваться для своевременной диагностики продромальной фазы БП.   Известно, что кожные заболевания тесно связаны с БП, например себорейный дерматит (СД) и гипергидроз [4]. Существуют многочисленные исследования о прионоподобном механизме распространения α-синуклеина и обнаружении телец Леви в периферической нервной системе, из чего можно предположить, что в коже или её метаболитах (например, пот или кожное сало) могут находиться биомаркеры ранней стадии БП [5].   Сообщалось [6], что в кожном сале у пациентов с БП были обнаружены органические соединения, вызывающие характерный «мускусный» запах. Это наводит на мысль, что данные вещества можно детектировать и использовать в качестве биомаркера ранней стадии БП, так как при себорейном дерматите (СД) активно выделяется секрет сальных желез.     В настоящее время ведутся активные разработки гибких носимых биосенсоров и электрохимических датчиков, позволяющих точно определять наличие и концентрацию различных метаболитов в поту [7]. Преимущество таких устройств в том, что они обеспечивают контроль за состоянием пациентов в режиме реального времени, не доставляя ему дискомфорта.   Цель исследования – изучение возможных биомаркеров ранней стадии БП в кожных выделениях для носимого устройства.   Материалы и методы исследования. Проведен анализ научной литературы в базах данных PubMed, Scopus и Web of Science. В обзор были включены материалы обзорных и экспериментальных статей, опубликованных в период с 2005 по 2025 год. Использовались основные поисковые термины «Parkinson’s disease» в сочетании со следующими терминами: «skin», «wearable device», «sweat», «sebum» и «sensors».   Патофизиология и биомаркеры БП. БП ассоциируется с различными моторными и немоторными симптомами (снижение когнитивных функций, вегетативная дисфункция, депрессия и боль). На ранней стадии заболевания пациенты могут сообщать о неясных симптомах, интерпретация которых вызывает трудности. Более того, оценка пациентов с БП основывается на неврологическом обследовании с помощью клинических шкал (Хена и Яра; Унифицированная шкала оценки болезни Паркинсона), что вносит долю субъективности в постановке диагноза и определения степени поражения, так как оценка зависит от профессиональности невролога.   Следовательно, характеристика надежного биомаркера заболевания поможет клиницистам поставить объективный диагноз БП на ранних стадиях. На данный момент диагноз подтверждается только при анализе образцов головного мозга, полученных после смерти пациента [8]. Знания о молекулярных механизмах патологии БП до сих пор имеют пробелы. Однако известно, что она связана с патологической агрегацией α-синуклеина, митохондриальной и лизосомальной дисфункцией и нейровоспалением.   Патологическим признаком БП является депигментация компактной части черной субстанции в среднем мозге. При микроскопическом исследовании определяются уменьшение количества пигментных катехоламинергических нейронов в этих структурах и микроглии. В сохранных нейронах могут обнаруживаться тельца Леви – цитоплазматические включения, состоящие из нерастворимых агрегатов фосфорилированного α-синуклеина. Патологичное действие данного белка заключается в смене конформации α-спирали в конформацию богатую β-складками, которая полимеризуется с образованием фибрилл и агрегатов, оказывающих нейротоксичное действие [9].   При БП нарушается функция нейромиланина, вырабатываемый катехоламинергическими нейронами, что отличает его от периферических меланинов, продуцируемых меланоцитами. Считается, что функция нейромеланина заключается во взаимодействии с переходными металлами, особенно с железом, и участие во внутриклеточных механизмах окисления. Нарушение данной функции приводит к тому, что пигментированные нейроны уязвимыми к окислительному повреждению [10].   Сообщается о прионоподобном механизме распространения α-синуклеина, что объясняет его наличие в других органах [5]. Так, помимо ЦНС, фосфорилированный α-синуклеин обнаруживается в периферической нервной системе. Отложения агрегатов были найдены в нервных волокнах кожи, поднижнечелюстных и малых слюнных железах, в энтеральной нервной системе [11]. Патологический α-синуклеин приводит к повреждению крупных и мелких волокон в коже и, как следствие, к сенсорным и вегетативным нарушениям, наблюдаемых на ранних стадиях БП [12]. К одному из таких симптомов относят чрезмерное потоотделение.    Результаты исследования ONSET-PD показали, что чрезмерное потоотделение предшествовало появлению типичных двигательных симптомов, обычно на 2–10 лет [13]. О потливости чаще сообщалось у пациентов с более ранним началом, чем у пациентов с поздним началом. Такая картина связана с нарушением судомоторной функции, которая нарушается вследствие повреждения мелких волокон фосфолирированным α-синуклеином.   Другим немоторным симптомом является себорейный дерматит (СД). СД был связан с БП с распространенностью до 52–59% [14]. Это состояние связано с избытком кожного сала, вырабатываемого и секретируемого сальными железами в дерме. СД — воспалительное заболевание кожи различной степени тяжести, характеризующееся резко отграниченными эритематозными поражениями с шелушением, зудом и жжением в сальных участках волосистой части головы (70% пациентов), лица (88%; брови, носогубные складки, уши) и груди (27%) [15]. Патофизиология СД не установлена, но три основных требования включают [16]:   − секрецию липидов сальными железами,   − колонизацию дрожжами Malassezia, метаболизирующими липиды и вырабатывающими свободные жирные кислоты и перекись водорода,   − восприимчивую иммунную систему.   Кожное сало преимущественно состоит из триглицеридов, жирных кислот, восковых эфиров, сквалена и холестерина. Выделение кожного сала является голокриновой секрецией, так как образуется при полном распаде железистых клеток в фолликулярный проток сально-волосяных единиц [17]. Летучие органические соединения (ЛОС) на коже человека образуются в результате секреции эккринных, апокринных и сальных желез и взаимодействия микробиоты кожи с этими секрециями.   Сообщалось, что пациенты с БП имеют характерный «мускусный» запах, что предполагает измененную микрофлору и физиологию кожи [6]. Анализ кожного сала с использованием газовой хроматографии-масс-спектрометрии (ГХ-МС), собранного у пациентов с БП, показал отчетливый летучий состав, связанный с их запахом [6]. Несколько ЛОС (перилловый альдегид, гиппуровая кислота, эйкозан и октадеканал) были зарегистрированы как потенциальные биомаркеры для неинвазивного скрининга БП. Уровень содержания периллового альдегида был снижен в образцах, полученных у пациентов с БП, тогда как концентрации остальных соединений не отличалась у исследуемой и контрольной групп. Стоит отметить, что уровень этих ЛОС не зависит от приема препарата леводопа [18].   Гиппуровая кислота является метаболитом, образующимся в результате конъюгации глицина и бензойной кислоты в печени для детоксикации толуола [19]. Также данное вещество является результатом метаболизма фенилаланина микробиотой [20]. Повышенный уровень гиппуровой кислоты в кожном сале у пациентов с БП объясняется влиянием заболевания на микрофлору кожи [21].   У пациентов с БП, имеющих СД, повышена плотность липидозависимых дрожжей Malassezia на коже и высокая активность липазы. [22]. Так как они не способны синтезировать многие ферменты метаболизма липидов (например синтазы жирных кислот, стеароил-КоА-десатуразу и эноил-КоА-изомеразу), то их выживание зависит от экзогенных липидов. Перилловый альдегид, эйкозан и октадеканал обычно встречаются в виде растительных метаболитов или пищевых добавок. Так как они являются липофильными молекулами, то они хорошо захватываются кожным салом и используются микрофлорой кожи.   Характеристика кожных выделений. Эпидермис покрывает большую часть нашего тела. В зависимости от расположения, структуры и функций, потовые железы классифицируются на эккринные, апокринные и апоэкриновые [23]. Железа эккринного типа является наиболее распространенной для терморегуляции за счет непрерывной секреции серозной жидкости, содержащей различные типы растворенных веществ. Обычно взрослый человек выделяет 500–700 мл гипотонической жидкости в сутки из потовых желез [24]. Железы апокринного и апоэкринного типов не так распространены, они ограничиваются участками тела с волосяным покровом.   Секрет эккринных желез высвобождается через люминальные клеточные мембраны секреторных клеток в виде водянистой жидкости без распада клеток. В апокринных и апоэкринновых железах секреция происходит путем отщипывания клеточной плазматической мембраны с образованием связанных с мембраной везикул, что объясняет вязкость секрета [25].   Аналиты крови секретируются в пот через клеточный барьер. Существует три основных пути проникновения растворенных веществ [26]:   − диффузия через плазматическую мембрану капиллярных эндотелиальных клеток,   − диффузионный или адвективный транспорт между клетками,   − транспорт через клеточные везикулы.Кожное сало представляет собой светло-желтую жидкость. После выработки секрет выбрасывается в сальные протоки, а затем перемещается по волосяному фолликулу на поверхность кожи. Этот процесс занимает    примерно 2–3 недели [27].   Кожное сало можно найти по всему телу, за исключением ладоней и подошв ног из-за отсутствия там сальных желез [28]. Наибольшее количество желез и самые богатые кожным салом участки тела – это лицо, спина и верхняя часть груди [28]. Скорость выработки кожного сала варьируется у разных людей из-за многих факторов, таких как пол, возраст, этническая принадлежность, диета, температура и циркадный ритм. Эти важные аспекты следует учитывать при отборе проб и при планировании эксперимента.    Изучение корреляции между кожным салом и кровью может оказаться бесценным для понимания физиологии и открытия биомаркеров. Сальные железы экспрессируют рецепторы белков-переносчиков жирных кислот (FATP) и липопротеинов низкой плотности (ЛПНП), которые отвечают за поглощение липидов из кровотока для предполагаемого выведения через секрецию кожного сала [29].   Авторы статьи [30] продемонстрировали новизну кожного сала для метаболомики и липидомики, поскольку до 2020 г. было опубликовано менее пяти статей по любой из этих дисциплин. Они связывают медленное внедрение кожного сала с тем, что химические детекторы носимых датчиков неспособны точно идентифицировать искомые соединения. Недавние исследования показывают, что ЛОС кожного сала имеют диагностическую ценность для БП, демонстрируя их потенциал для клинического использования [31,32]. В своем исследовании авторы подтвердили, что существует несколько существенно различных летучих характеристик у пациентов с БП и здоровыми испытуемыми, но они не смогли стратифицировать прогрессирование заболевания [32].   Таким образом кожное сало подходят в качестве проб для анализа, за счет доступности сбора и неинвазивности. Аналиты крови могут быть также обнаружены в метаболитах кожи, что в перспективе может дополнить или упростить существующие стандартные методы анализа. Однако механизмы попадания в кожное сало некоторых аналитов требуют дальнейших исследований.   Существующие носимые устройства для анализа кожных выделений. Существует большое количество методов сбора и идентификации образцов кожи и кожных выделений. Интерес к разработке таких методик вызван тем, что кожа является самым доступным органом человеческого тела. Метаболический анализ может быть выполнен на различных слоях кожи [33].   Инвазивные методы отбора проб, такие как биопсия и аспирация пузырей, являются обычными методами в клинических условиях. Для сбора эпидермиса и интерстициальной жидкости можно использовать методы аспирации пузырей, которые считаются менее инвазивными по сравнению с биопсией кожи [34]. Также существуют такие методы, как микродиализ и микроперфузия с открытым потоком. Они позволяют отбирать интерстициальную жидкость путем имплантации тонких трубчатых мембран и безмембранных зондов с макроскопическими отверстиями.   Перечисленные выше методы считаются неблагоприятными для пациента, поскольку требуют много времени, причиняют боль и несут потенциальный риск осложнений [35].   Чтобы избавиться от некоторых недостатков инвазивных методов были разработаны минимально инвазивные и неинвазивные методы отбора проб in vivo и in situ. В отличие от традиционных методов, образцы можно брать из пота и кожного сала, а также из рогового слоя.   Образцы пота можно получить двумя способами:− Пассивным – потоотделение стимулируется физическими упражнениями и контролем температуры окружающей среды;− Активным – потоотделение стимулируется электростимуляцией.   Ионофорез является широко используемым методом индукции активного потоотделения, позволяющим получать образцы пота, когда тело находится в покое. Ток генерируется под поверхностью кожи за счет приложения напряжения между электродами, что позволяет доставить холинергический агонист (например, пилокарпин) к мускариновым рецепторам потовой железы на аноде и индуцировать потоотделение.    Пот и кожный жир собирают с помощью растворителей для мытья поверхности кожи или сорбирующих материалов (например, полидиметилсилоксана, гидрогеля, фильтровальной бумаги, полимерных пленок) в виде пластыря, непосредственно контактирующего с кожей или встроенного в твердую основу без прямого контакта [36].   Помимо исследований, направленным на выявление биомаркеров в кожных выделениях, в центре внимания находится разработка минимально инвазивных и неинвазивных устройств в качестве альтернативного способа мониторинга здоровья и диагностики заболеваний [37].   С целью устройств для тестирования, дополняющих стандартные анализы разрабатываются биосенсоры, позволяющих определять состав биологических жидкостей кожи, в частности пота [38]. Например, существуют неинвазивные датчики пота, таких как носимые и эпидермальные датчики для прямого химического зондирования кожи. Носимые датчики представляют собой пластырь, прикрепленный к коже, и сенсор, проводящий анализ [38]. Эпидермальные датчики представляют собой электрохимические татуировки [39,40].   Типичные этапы изготовления биосенсоров включают сборку электродов на подложке, включение элемента селективного распознавания аналита и использование физико-химического преобразователя для получения читаемого сигнала. При разработке таких сенсоров искомый аналит, обнаруженный в поте, оценивается на предмет корреляции того же аналита в крови.   Биосенсор является химическим сенсором, в котором идентификация происходит с использованием ферментов или ионофоров. Целевой аналит в поте взаимодействует с определенным биологическим рецептором, затем биологическое устройство преобразует химический сигнал электрический или оптический сигнал для дальнейшей обработки на электронном устройстве (например, усиление и фильтрация) [24,41].   Принципы определения аналитов пота можно условно разделить на три типа:   − флуоресцентное зондирование,   − колориметрическое зондирование,   − электрохимическое зондирование.   Наибольший интерес представляет собой электрохимическое зондирование. Оно заключается в фиксации биочувствительных веществ (таких как антиген, антитело, фермент, гормон и др.) на электроде, а затем в проведении специфической реакции с молекулами-мишенями и генерации электрических сигналов для достижения качественного или количественного обнаружения целевых аналитов. Данный метод позволяет обнаружить такие вещества, как глюкоза, лактат, кортизол и т. д. [42,43].   В свою очередь, электрохимические биосенсоры можно разделить на три основных типа в зависимости от метода обнаружения электрода: ферментные, иммунные и биосенсоры на основе используемых аптамеров.   Принцип электрохимических биосенсоров на основе ферментов заключается в избирательном катализе аналита и генерации электрического сигнала на границе раздела фермент-электрод. Следовательно, перенос электрона на границе раздела фермент-электрод является ключевым этапом для таких носимых электрохимических биосенсоров [44].   Иммунные электрохимические биосенсоры могут обнаруживать белки или небольшие молекулы, путем связывания аналита с антителом, являющимся элементом распознавания. Благодаря высокоспецифическим свойствам распознавания антител к антигенам иммунные электрохимические биосенсоры обычно обладают превосходной селективностью и специфичностью [45].   Аптамеры представляют собой короткие одноцепочечные олигонуклеотиды, которые обычно состоят из 20–80 нуклеотидов со стабильной третичной структурой для специфического связывания аналита. Данные биосенсоры позволяют быстро и с высокой точностью количественно определять огромное количество соединений. Аптамерные зонды, закрепленные на подложках (например, на графене), распознают и захватывают специфический биомаркер посредством химической связи. Захват приводит к изменению электрического сигнала, по которому проводится измерение [46].   Таким образом существует большое количество методов по сбору и анализу метаболитов кожи, в частности пота. Неинвазивный способ сбора пота более предпочтителен, так как значительно снижает риск осложнений и занимает меньше времени. Существующие на данный момент биосенсоры уже проводят различные анализы многих метаболитов кожи [47].   Наиболее распространенные из них являются электрохимического типа, которые состоят из одного электрода с биологическим соединением и два для создания контроля напряжения. Подавляющее число источников указывают пот в качестве используемого образца, информации об использовании кожного сала очень мало.   Заключение   БП влияет на физиологию и микрофлору кожи на ранних стадиях заболевания. Такие немоторные симптомы как судомоторная дисфункция и СД, возникают до проявления клинической картины двигательных нарушений. Следовательно, в коже и её метаболитах могут содержаться ранние биомаркеры БП. Кожное сало является перспективной биологической средой для ранней диагностики БП за счет содержания в нем специфичных для данного заболевания ЛОС (гиппуровой кислоты, пириллового альдегида, эйкозана и октадеканала). Но у применения кожного сала в качестве образца для носимых датчиков есть трудности, связанные с недостаточными исследованиями и разработками специальных датчиков.