Gesundheitstechnologie

Schweißsensoren bringen die Arthritisüberwachung näher nach Hause

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Mit dem Fortschritt der Medizintechnik ist es ein dauerhaftes Ziel, Diagnosen genauer und weniger invasiv zu stellen. So ermöglichen es beispielsweise die ersten Röntgenaufnahmen und später Ultraschall, MRT und andere bildgebende Verfahren, Verletzungen und andere Probleme zu erkennen und zu beurteilen, ohne in den Körper eingreifen zu müssen. Auch wenn Einblicke ins Körperinnere nötig sind, können heute meist eine sehr kleine Öffnung und eine flexible Kamera eingesetzt werden, statt invasivere Operationen durchzuführen.

Ein weiterer Trend ist die biochemische Analyse, um chronische Erkrankungen frühzeitig zu erkennen. So ist etwa die Glukoseüberwachung ein wichtiges Instrument, um Diabetes zu erkennen, vorzubeugen und sein Fortschreiten zu verlangsamen.

Daher suchen Forschende häufig nach neuen Biomarkern, mit denen sich Erkrankungen anhand von Körperflüssigkeiten schmerzfrei und kostengünstig beurteilen lassen.

Forschende der University of Alberta (Kanada) und der Northumbria University (Vereinigtes Königreich) haben eine neue Art nicht invasiver tragbarer Sensoren entwickelt, die Schweiß nutzen, um Biomarker für rheumatoide Arthritis und Gicht zu erfassen. Dadurch könnte eine wesentlich kontinuierlichere Überwachung möglich werden als mit den derzeit üblichen, nur in größeren Abständen vorgenommenen serologischen Untersuchungen (Analysen von Serum und anderen Körperflüssigkeiten), bildgebenden Verfahren und klinischen Bewertungen.

Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie im Chemical Engineering Journal1 unter dem Titel „Tragbare Schweißsensoren zur Überwachung von Arthritis“.

Die zunehmende Belastung durch Arthritis

Werden Gelenke durch rheumatische Erkrankungen geschädigt, ist dies in den meisten Fällen auf Gicht oder rheumatoide Arthritis zurückzuführen.

Rheumatoide Arthritis ist eine systemische Autoimmunerkrankung, die durch komplexe genetische und umweltbedingte Faktoren ausgelöst wird und meist stabil verläuft.

Gicht hingegen ist im Kern eine Stoffwechselstörung, die durch eine Übersättigung mit Harnsäure und die Kristallbildung von Mononatriumurat in den Gelenken gekennzeichnet ist. Sie hängt daher eng mit Ernährung und Lebensstil zusammen, insbesondere mit dem Verzehr großer Mengen roten Fleischs, von Schalentieren und zuckerhaltigen Getränken sowie mit Alkoholkonsum.

Daher ist in naher Zukunft mit einem raschen Anstieg rheumatischer Erkrankungen zu rechnen; bis 2050 könnte es weltweit fast 96 Millionen Gichtfälle geben. Besonders stark dürfte die Zahl in Regionen wachsen, in denen die Gesundheitsversorgung bereits heute schlecht ausgestattet ist, etwa in Afrika.

Für Regionen, die bereits schlecht versorgt sind, wird es schwierig sein, mit solchen Erkrankungen umzugehen, denn die derzeit benötigten Geräte, Diagnosemittel und Verfahren sind teuer.

„Die derzeitige Diagnostik stützt sich auf invasive Flüssigkeitsentnahmen, Serumanalysen (z. B. Harnsäure (UA) und C-reaktives Protein (CRP)) sowie bildgebende Verfahren wie die Dual-Energy-Computertomografie (DECT), Ultraschall oder Magnetresonanztomografie (MRT).“

Ein weiteres Problem der derzeitigen Diagnostik ist, dass diese aufwendige Infrastruktur erfordernden Verfahren für eine kontinuierliche Überwachung meist nicht häufig genug eingesetzt werden. Sie können die raschen physiologischen Veränderungen, die akuten Krankheitsschüben vorausgehen, nicht erfassen.

Verbesserungen, die eine bessere Erfassung des Krankheitsverlaufs ermöglichen, würden daher frühere Eingriffe und eine personalisierte Therapie erleichtern.

Stoffwechselmessungen im Schweiß

Zahlreiche Biomarker im Blick

Zunehmend belegen Forschungsergebnisse, dass sich der Stoffwechselzustand eines Menschen anhand der Zusammensetzung seines Schweißes bestimmen lässt. So kann beispielsweise bei Mukoviszidose der Salzgehalt gemessen werden.

Auch Gicht und rheumatoide Arthritis lassen sich anhand von Stoffwechselauslösern (Harnsäure, Xanthinen und Wasserstoffperoxid) sowie Entzündungsproteinen (CRP, Calprotectin und Zytokinen) überwachen.

Interessanterweise hat sich auch gezeigt, dass solche Proteine zur Überwachung von Erkrankungen wie chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) geeignet sind.

Für den Nachweis dieser Moleküle im Schweiß mit tragbaren Geräten ist Harnsäure ein vielversprechender Kandidat, da sie eine direkte Ursache für Gicht ist. Für tragbare Sensoren gibt es zahlreiche mögliche Lösungen, darunter die enzymatische elektrochemische Messung von Harnsäure, Sensoren auf Elektrodenbasis, auf Einzelatom-Nanozymen basierende Sensoren, mikrofluidische Biosensoren und plasmonische Hydrogele mit doppeltem Netzwerk.

Da Gicht entsteht, wenn Purine zu Harnsäure abgebaut werden, sind auch die Zwischenmoleküle dieses Prozesses, Xanthine, vielversprechende Kandidaten. Auch hierfür gibt es verschiedene mögliche Technologien, darunter mikrofluidische kolorimetrische Geräte, flexible elektrochemische Pflaster, flexible Multienzym-Biosensoren und elektrochemische Biosensoren.

CRP (C–reaktives Protein) gehört zu den Entzündungsproteinen, die für arthritische Erkrankungen relevant sind. Das von Enlisense entwickelte Gerät SWEATSENSER verwendet Zinkoxidelektroden (ZnO) mit CRP-Antikörpern, um CRP in unverdünntem Schweiß zu messen. Auch andere Geräte wie das kabellose, am Körper tragbare Pflaster „InflaStat“ oder weitere elektrochemische Sensoren sind möglich.

Allerdings sind Zytokine in der Regel zu groß, um in erheblicher Menge im Schweiß vorhanden zu sein, was ihre Erkennung erschwert. Sensoren mit Graphen könnten für die Erkennung des Zytokins TNF‑α nützlich sein, und ZnO‑Dünnschichten, die mit monoklonalen Antikörpern auf einer porösen Membran funktionalisiert sind, könnten zur Erkennung des Zytokins IFN‑γ eingesetzt werden.

Auch die Zytokine IL-1 und IL-6 lassen sich nachweisen, wurden für die tragbare Messung jedoch weniger eingehend untersucht – obwohl „SWEATSENSER“ diese Aufgabe möglicherweise ebenfalls erfüllen könnte. Mit demselben Gerät könnten zudem mehrere Zytokine gleichzeitig nachgewiesen werden.

Elektrochemische Immunosensoren ähnlich den Plattformen SWEATSENSER und IBD AWARE können auch das Protein Calprotectin messen, einen bedeutenden Entzündungsmarker, der traditionell in Blutserum oder Stuhl bestimmt wird. Für medizinische Forschende ist in diesem Zusammenhang insbesondere eine mehrtägige Überwachung von Interesse, bei der ausgeprägte zirkadiane Rhythmen der Entzündungsmarker festgestellt wurden.

Entwicklung der Haut-Sensor-Schnittstelle

Das richtige Trägermaterial

Damit ein tragbarer Schweißsensor funktioniert, ist eine stabile, sichere und angenehme Schnittstelle zwischen Haut und Sensor erforderlich.

Das erste Element ist das Trägermaterial, das den mechanischen Unterschied zwischen starren Sensorelementen und weicher, flexibler Haut ausgleicht. Bei diesen Erkrankungen kann das besonders schwierig sein, da die Haut über einem aktiv entzündeten rheumatischen oder von Gicht betroffenen Gelenk oft gespannt, „heiß“ und ungewöhnlich druckempfindlich ist. Deshalb wurden verschiedene synthetische Polymere, poröse Matrizes und die Integration in Textilien untersucht.

Dazu gehören Träger aus synthetischen Polymeren und Elastomeren, für die häufig Polyethylenterephthalat (PET) und Polyimid (PI) verwendet werden, sowie poröse Materialien wie Zellulosepapier und Hydrogel-Schnittstellen.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das Trägermaterial direkt in Textilien zu integrieren – ein Verfahren mit eigenen Vor- und Nachteilen.

„Textilien eignen sich zwar ideal für die elektrochemische Messung mit leitfähigen Garnen oder im Siebdruckverfahren aufgebrachten Tinten, stellen für optische Verfahren jedoch eine Herausforderung dar, da sie lichtundurchlässig sind. Mikrofluidische Systeme auf Textilien können Schweiß mithilfe hydrophober Muster aus Wachs oder Oktadecan gezielt zu bestimmten Messbereichen leiten.“

Leistungsfähigkeit versus Anwendungstreue

Der leistungsfähigste Sensor ist nicht unbedingt auch der medizinisch relevanteste: Wenn Patientinnen und Patienten ein medizinisches Gerät als unangenehm empfinden, neigen sie dazu, es nicht sachgemäß zu verwenden.

„Schwere Gelenkdeformationen, Morgensteifigkeit und ein erheblicher Verlust der Feinmotorik bedeuten, dass die Geräteeigenschaften – etwa die Steifigkeit des Trägermaterials und die einfache Anwendung – letztlich über die klinische Eignung eines Sensors entscheiden. Hautklebende Pflaster sind zwar nach wie vor Standard, doch inzwischen gibt es auch integrierte Lösungen für Accessoires, textile Ausführungen und modulare Bauformen.“

Eine Möglichkeit sind mikrofluidische Pflaster, die möglichst eng auf der Haut anliegen.

„Pflaster, die direkt auf der Haut sitzen, sind sehr beliebt, weil sie durch den direkten Kontakt mit den Schweißdrüsen das Totvolumen verringern können. Zu den weiterentwickelten Varianten zählt „InflaStat“: ein vollständig integriertes System, das Iontophorese und drahtlose Elektronik kombiniert, um CRP automatisch zu quantifizieren.“

Bei tragbaren Accessoires und Textilien besteht eine Herausforderung darin, krankheitsspezifische anatomische Veränderungen zu berücksichtigen. Ringsensoren zur Überwachung von Atherosklerose- und Arthritis-Biomarkern können beispielsweise für die Analyse geeignet sein, doch ein deformiertes Gelenk lässt sich nicht schmerzfrei in einen solchen Ring stecken.

Die Forschenden sprechen sich deshalb dafür aus, Sensoren nahtlos in locker sitzende Kleidung zu integrieren. Eine Möglichkeit wären mit Aptameren funktionalisierte Verbundfasern aus Kohlenstoffnanoröhren und Graphen, die direkt in handelsübliche Stoffe eingewebt werden.

„Diese Textillösungen machen aufwendige Anwendungsschritte überflüssig und lassen sich unkompliziert tragen. Zugleich bieten sie eine atmungsaktive, ermüdungsarme Plattform für die Überwachung in Echtzeit.“

Eine weitere Möglichkeit, diese Sensoren zu verbessern, besteht darin, das Sensorelement von der Verarbeitungselektronik zu trennen oder punktuelle Messungen vorzunehmen.

„Diese Systeme sind besonders vorteilhaft für Patientinnen und Patienten, deren eingeschränkte Fingerfertigkeit die Anwendung komplexer tragbarer Pflaster erschwert. Dazu zählen beispielsweise berührungsbasierte Sensoren für schnelle Einzelmessungen, etwa Hydrogel-beschichtete Streifen, die mit der Fingerspitze aufgedrückt werden.“

Der richtige Sensor

Im Allgemeinen hängt die Wirksamkeit jeder tragbaren Plattform von ihrer Transduktionsschnittstelle ab, also davon, wo die eigentliche chemische Detektion stattfindet.

„Die Wahl einer elektrochemischen Transduktionsmethode wird maßgeblich durch die physikalischen Eigenschaften des Ziel-Biomarkers bestimmt – etwa seine elektrochemische Aktivität, Molekülgröße und physiologische Konzentration. Optische Methoden hingegen ermöglichen oft Messungen am Point of Care ohne zusätzliche Geräte und damit bedarfsgerechte Stichprobenmessungen von Metaboliten wie Harnsäure.“

Die Vielfalt der nachweisbaren Moleküle und der infrage kommenden Sensoren eröffnet durch die zahlreichen möglichen Kombinationen ein breites Spektrum potenzieller tragbarer Sensoren.

Zu den verschiedenen Methoden zählt die elektrochemische Sensorik, bei der sich bei Vorhandensein des Moleküls die Stromstärke verändert, sowie die optische Sensorik, bei der sich in dessen Gegenwart die Farbe (bei kolorimetrischen Sensoren), die Fluoreszenz oder die Transparenz verändert.

Schließlich muss die Reaktion, mit der das betreffende Molekül gezielt nachgewiesen wird (Biorezeptor-Erkennung), durch ein Element im Sensor vermittelt werden. Dies lässt sich mithilfe von Enzymen, Antikörpern, Aptameren (kurzen einzelsträngigen DNA-, RNA-, XNA- oder Peptidsequenzen) oder Katalysatoren erreichen.

Von Prototypen zu medizinischen Behandlungsprotokollen

Bei der Prüfung der technischen Machbarkeit solcher Sensoren kann es oft so wirken, als sei das Problem bereits gelöst. In der Praxis besteht jedoch eine Lücke zwischen Laborprototypen und kommerziell erhältlichen Sensoren, die in ein festgelegtes Diagnoseprotokoll und eine therapeutische Entscheidung eingebunden sind.

Um den Nachweis eines Moleküls in einen medizinisch belegten, nützlichen Datenpunkt zu überführen, sind klinische Studien und Vergleiche mit bestehenden medizinischen Optionen erforderlich.

Auch durch reale Alltagsbedingungen verursachte Messstörungen können problematisch sein. Dazu zählen Konzentrationsveränderungen, die nicht mit der Krankheit zusammenhängen, aber auch „Biofouling“, bei dem Schweiß die Transduktoren gewissermaßen „blind“ macht.

„Physikalische Faktoren wie schwankende Schweißabsonderung, Schweißverdunstung und die Durchmischung im Totvolumen können Biomarker künstlich konzentrieren oder die zeitliche Auflösung verschlechtern. Veränderungen im Mikroenvironment, etwa pH-Schwankungen, können dagegen die elektrokatalytische Kinetik grundlegend verändern und die Ladung der Zielmoleküle verschleiern.“

Die Forschung wendet sich derzeit von passiven Membranen ab und aktiven, antifoulingfähigen Architekturen zu, etwa Peptidhydrogelen, die störende Substanzen herausfiltern.

Das Endprodukt sollte ein tragbarer, zuverlässiger und langlebiger Sensor sein, dessen Nutzen in großen klinischen Studien belegt wurde und der mit einer Reihe von Cloud-Computing-Systemen und Apps verbunden ist, um Ärzten und Patienten eine präzise Prognose der Krankheitssymptome zu liefern.

Das langfristige Ziel wäre, dass diese Sensoren, sobald sie sich beim zuverlässigen Nachweis eines bevorstehenden Gichtschubs bewährt haben, als Auslöser für eine sofortige und automatisierte Medikamentenabgabe im Gelenk dienen können, um die Symptome zu lindern oder zu beseitigen.

Letztlich wird der beste tragbare Sensor gegen Arthritis also nicht einfach die technisch beste Option sein. Entscheidend ist vielmehr, ob Biomarker-Messwerte die Behandlung zuverlässig steuern, Krankheitsschübe vorhersagen oder sinnvolle Veränderungen des Lebensstils unterstützen.

Investitionen in Biosensoren

Abbott Laboratories

ABT Preisdiagramm

Mit seiner starken Präsenz in den Bereichen Medizintechnik und Diagnostik zählt Abbott zu den „großen Pharmaunternehmen“, deren Tätigkeit den in dieser Studie behandelten Forschungsfeldern am ehesten entspricht.

Das 138 Jahre alte Unternehmen beschäftigt mehr als 114.000 Menschen, ist in über 160 Ländern tätig und erzielte 2025 einen Umsatz von 44,3 Mrd. $.

Die biomedizinischen Wearables von Abbott – die Produkte FreeStyle Libre und Lingo zur Glukosemessung bei Diabetes – zeigen beispielhaft, wie tragbare Messgeräte den Gesundheitszustand und den Alltag von Patienten erheblich verbessern können. Zugleich erweisen sie sich als Geschäft mit einem Umsatz von mehreren Milliarden Dollar.

„Das Libre-Portfolio, Abbotts führende Produktreihe kontinuierlicher Glukosemessgeräte, ist weltweit die meistgenutzte Reihe von Biowearables und hilft mehr als 8 Millionen Menschen, ihren Glukosespiegel besser zu kontrollieren.“

2025 erwirtschafteten die Geschäftsbereiche Diagnostik 8,937 Mrd. $ und Diabetesversorgung 8 Mrd. $. Sensorik, Messungen und angrenzende Geschäftsfelder bilden damit einen Kernbereich des Unternehmens. Weitere wichtige Segmente waren Ernährung (8,4 Mrd. $) und die Behandlung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, insbesondere durch Implantate (12,3 Mrd. $).

Das bedeutet nicht, dass Abbott zwangsläufig Schweißsensoren zur Überwachung von Arthritis entwickeln wird. Ein Unternehmen mit Fachwissen im breiteren Bereich der „Sensorik“ dürfte jedoch vom allgemeinen Wachstum des Biomonitorings in vielen neuen medizinischen Anwendungsfeldern profitieren – einem Markt, der allein bei der Glukoseüberwachung weltweit bereits 14 Mrd. $ umfasst.

Das gilt besonders, wenn dasselbe Unternehmen über umfassende Expertise in der Molekulardiagnostik verfügt und bei Tests auf verschiedene Moleküle wie Troponin, Marker für Infektionskrankheiten und die Blutbeschaffenheit führend ist.

Neben dieser Aussicht werden potenzielle Anleger auch weiterhin den übrigen Geschäftsbereich des Unternehmens sowie eine Forschungs- und Entwicklungspipeline sorgfältig prüfen wollen, die sich stark auf kardiovaskuläre Implantate, Säuglingsnahrung, fortschrittliche Biosensorik (Libre Duo) und Krebsdiagnostik konzentriert.

Aktuelle Nachrichten und Entwicklungen zur Aktie von Abbott Laboratories (ABT)

Zitierte Studie

1. Appurva Tiwari, Ben Bin Xu und Xuehua Zhang. Tragbare Schweißsensoren zur Überwachung von Arthritis. Chemical Engineering Journal. 1. Dezember 2026. Artikel: 182747. Band 549.

10.1016/j.cej.2026.182747

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Jonathan ist ein ehemaliger Biochemie‑Forscher, der in der genetischen Analyse und in klinischen Studien gearbeitet hat. Er ist jetzt Aktienanalyst und Finanzautor mit einem Fokus auf Innovation, Marktzyklen und Geopolitik in seiner Veröffentlichung 'The Eurasian Century'.