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汗センサーで関節炎のモニタリングをより身近に
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医療技術の進歩に伴い、より正確で侵襲性の低い診断法の開発が常に目指されています。たとえば、初期のX線に続き、超音波、MRIなどの画像診断技術が登場したことで、侵襲的な処置を行わずにけがやその他の問題を検出・評価できるようになりました。同様に、体内の状態を観察する必要がある場合も、多くの場合、侵襲性の高い手術に代わって、ごく小さな切開口から柔軟なカメラを挿入できるようになっています。
もう一つの潮流は、慢性的な問題を早期に発見するための生化学的分析です。たとえば、血糖値のモニタリングは、糖尿病の発見や予防、進行の抑制に重要な役割を果たします。
そのため研究者たちは、体液を使って痛みを伴わず、低コストで病状を評価するのに役立つ新たなバイオマーカーを探しています。
University of Alberta（カナダ）とNorthumbria University（英国）の研究者らは、汗を用いて関節リウマチや痛風に関連するバイオマーカーを追跡する、新しいタイプの非侵襲型ウェアラブルセンサーを開発しました。これにより、現在用いられている断続的な血清学的検査（血清や体液の分析）、画像検査、臨床評価に代わって、より継続的なモニタリングが可能になるかもしれません。
研究成果はChemical Engineering Journal1に掲載され、論文のタイトルは「関節炎のモニタリングに向けたウェアラブル汗センサー」です。
関節炎の患者数増加がもたらす負担
リウマチ性疾患によって関節が損傷するケースの大半は、痛風か関節リウマチによるものです。
関節リウマチは、複雑な遺伝的要因と環境要因が関与する全身性の自己免疫疾患で、病状はおおむね安定しています。
一方、痛風は本質的に代謝性疾患で、尿酸が過飽和状態となり、関節内で尿酸一ナトリウムが結晶化することが特徴です。そのため、痛風は食事や生活習慣と密接に関係しており、とりわけ赤身肉、貝類、糖分を含む飲料、アルコールの大量摂取が影響します。
こうした背景から、近い将来、リウマチ性疾患の患者数は急速に増加すると予想されています。2050年までに、世界の痛風患者数は約9,600万人に達する見込みです。患者数の増加は、アフリカのように医療資源がすでに乏しい地域で特に顕著になると予想されています。
すでに十分な医療を受けられていない地域では、こうした疾患への対応が難しくなるでしょう。現在の機器や診断ツール、診断手順は高額だからです。
「現在の診断では、侵襲的な体液採取、血清検査（尿酸（UA）、C反応性タンパク（CRP）など）、二重エネルギーCT（DECT）、超音波検査、磁気共鳴画像法（MRI）などの画像検査に頼っています。」
現在の診断法には、もう一つ問題があります。大規模なインフラを必要とするこれらの方法では、安定したモニタリングに必要な頻度で検査を行えないことが多く、急性増悪に先立つ急速な生理学的変動を捉えられないためです。
そのため、疾患の動態をより適切に追跡できるようになれば、より早期の介入や個別化治療が可能になります。
汗から代謝状態を検知
追跡できる多様なバイオマーカー
患者の汗の成分から体内の代謝状態を把握できることを示す研究が増えています。たとえば、嚢胞性線維症の患者の汗に含まれる塩分の測定に利用できます。
同様に、痛風や関節リウマチは、代謝に関わる要因（尿酸、キサンチン類、過酸化水素）や炎症性タンパク質（CRP、カルプロテクチン、サイトカイン）の有無を調べることでモニタリングできます。
興味深いことに、こうしたタンパク質は、炎症性腸疾患（IBD）などのモニタリングにも役立つことが示されています。
ウェアラブル機器で汗に含まれるこれらの分子を検出する方法としては、痛風の直接的な原因となる尿酸が有力な候補です。ウェアラブルセンサーには、酵素を用いた電気化学的な尿酸（UA）検出、電極式センサー、単原子ナノザイムを用いたセンサー、マイクロ流体バイオセンサー、プラズモニック二重ネットワークハイドロゲルなど、幅広い方式が考えられます。
痛風はプリン体が代謝されて尿酸になることで生じるため、その過程における中間生成物であるキサンチン類も有望な候補です。ここでも、比色式マイクロ流体デバイス、柔軟な電気化学パッチ、柔軟なマルチ酵素バイオセンサー、電気化学バイオセンサーなど、複数の候補技術があります。
CRP (C-R活性 Pタンパク質) は関節炎疾患に関連する炎症性タンパク質の一つです。SWEATSENSERデバイスはEnlisenseによって開発され、ZnO電極とCRP抗体を用いて希釈しない汗中のCRPを測定します。他のデバイスとしては、“InflaStat” ワイヤレスウェアラブルパッチやその他の電気化学センサーも可能です。
ただし、サイトカインは一般に分子サイズが大きく、汗に十分な量が含まれないため、検出は困難です。グラフェンを用いたセンサーはサイトカインTNF-αの検出に役立つ可能性があります。また、多孔質膜上で単クローン抗体を固定化したZnO薄膜を用いれば、サイトカインIFN-γを検出できる可能性があります。
サイトカインのIL-1とIL-6も検出できますが、ウェアラブル機器での検出については、まだ十分に研究されていません。「SWEATSENSER」もこの測定に対応できる可能性があります。また、同じ機器で複数のサイトカインを同時に検出することもできます。
SWEATSENSERやIBD AWAREのプラットフォームに類似した電気化学免疫センサーは、炎症の主要なバイオマーカーであるタンパク質カルプロテクチンの測定にも利用できます。カルプロテクチンは従来、血清または便で測定されてきました。このケースでは、炎症マーカーに明確な概日リズムがあることを明らかにした複数日にわたるモニタリングが、医学研究者から特に注目されています。
皮膚とセンサーのインターフェース設計
適切な基材
ウェアラブル汗センサーを機能させるには、皮膚とセンサーの間に安定性、安全性、快適性を備えたインターフェースが必要です。
まず必要となるのが、硬いセンサー部品と、柔らかくしなやかな皮膚との機械的な不一致を埋める基材です。こうした疾患では、特にこの点が難しくなります。関節リウマチや痛風で炎症が活発な関節を覆う皮膚は、張り詰めて「熱を帯び」、異常なほど敏感になっていることが多いためです。そのため、さまざまな合成ポリマー、多孔質材料、繊維素材との一体化が検討されてきました。
これには、ポリエチレンテレフタレート（PET）やポリイミド（PI）を使った合成ポリマーおよびエラストマーの基材のほか、多孔質のセルロース紙やハイドロゲルを用いたインターフェースが含まれます。
別の方法として、基材を繊維製品に直接組み込むこともできます。この方法には独自の利点と課題があります。
「導電糸やスクリーン印刷インクを使う電気化学センシングには理想的ですが、繊維製品は光学測定において不透明さが課題となります。疎水性ワックスやオクタデカンで模様を形成する布上マイクロ流体システムは、汗を特定の検出領域へ導くことができます」
性能とユーザーの継続使用
最も効率的なセンサーが、必ずしも医学的に最も有用とは限りません。患者が使い心地の悪さを感じると、医療機器を適切に使用しない傾向があるためです。
「重度の関節変形、朝のこわばり、そして手先の器用さの著しい低下を考えると、基材の硬さや装着のしやすさといった機器の構造が、最終的にセンサーの臨床的な実用性を左右します。皮膚に貼るパッチが依然として標準的ですが、近年はアクセサリー一体型、繊維製品型、モジュール型へと選択肢が広がっています」
選択肢の一つは、皮膚にできるだけ密着させるマイクロ流体パッチです。
「皮膚に貼るパッチは、汗腺に直接貼り付けてデッドボリュームを最小限に抑えられるため、広く支持されています。さらに進化した製品には、イオントフォレシスと無線電子回路を統合し、CRPを自動で定量できるシステム「InflaStat」があります」
ウェアラブルアクセサリーや繊維製品では、疾患ごとに異なる身体の形状変化を考慮する必要があります。たとえば、動脈硬化や関節炎のバイオマーカーを測定するリング型センサーは分析には適していますが、変形した関節にはめると痛みを伴うことがあります。
そのため研究者らは、ゆったりした衣類にセンサーを違和感なく一体化する方法がより優れていると主張しています。たとえば、アプタマーを固定化したカーボンナノチューブとグラフェンの複合繊維を、市販の生地に直接織り込む方法です。
「このような繊維製品型の設計なら、複雑な装着手順が不要になります。また、通気性があり、疲れにくいプラットフォームで、リアルタイムのモニタリングを実現できます」
こうしたセンサーを改善する別の方法として、検出部と処理用ハードウェアを分離する方法や、間欠的にサンプリングする方法があります。
「こうしたシステムは、手先の器用さに制限があり、複雑なウェアラブルパッチを装着できない患者に特に有用です。例として、指先で押し当てるハイドロゲルコーティングのストリップなど、短時間で簡易測定できる『タッチ式』センサーがあります」
適切なセンサー
一般に、ウェアラブル機器の有効性は、その変換インターフェース、つまり実際に化学物質を検出する場所に左右される。
「電気化学的な変換方式を選ぶ際には、対象となるバイオマーカーの物理的特性、たとえば電気化学的活性、分子サイズ、生体内での存在量が決め手となる。一方、光学方式では、機器を使わずにその場で測定できることが多く、尿酸などの代謝物を必要に応じてスポット測定できる」
検出可能な分子も、利用できるセンサーも多種多様であり、その組み合わせによって、幅広いウェアラブルセンサーの可能性が生まれる。
検出方式には、対象分子が存在すると電流が変化する電気化学センシングと、対象分子の存在によって色（比色センサー）、蛍光、または透明度が変化する光学センシングがある。
最後に、対象分子を特異的に検出する反応（生体認識）は、センサー内の何らかの要素によって媒介される必要がある。これは、酵素、抗体、アプタマー（一本鎖の短いDNA、RNA、XNA、またはペプチド配列）、あるいは触媒によって実現できる。
試作機から医療プロトコルへ
こうしたセンサーの技術的な実現可能性を検討すると、すでに問題は解決済みのように思えることが多い。しかし実際には、研究室の試作機と、明確な診断プロトコルや治療方針に結び付いた市販センサーとの間には隔たりがある。
分子の検出結果を、医学的に有用性が証明されたデータとして活用するには、臨床研究を実施し、既存の医療上の選択肢と比較する必要がある。
日常生活の環境下では、測定に影響する要因も問題になり得る。病気とは無関係な濃度変化に加え、汗によって変換器が実質的に「見えなくなる」バイオファウリングもその一例だ。
「汗の分泌速度の変動、汗の蒸発、デッドボリューム内での混合などの物理的要因は、バイオマーカーを人為的に濃縮したり、時間分解能を損なったりする可能性がある。また、pHの変動など、微小環境の変化は電極触媒反応の速度論を根本的に変え、標的の電荷を検出できなくすることがある」
現在の研究は、受動的な膜から、妨害物質を除去するペプチドハイドロゲルなど、能動的な防汚構造へと方向を転換しつつある。
最終的には、信頼性と耐久性を備えたウェアラブルセンサーを実現し、大規模な臨床研究でその有効性を証明する必要がある。さらに、多様なクラウドコンピューティングシステムやアプリと連携し、医師と患者の双方に、病気の症状がどう現れるかを正確に予測して届けることが求められる。
最終的な目標は、これらのセンサーが痛風発作の予兆を正確に検知できると証明された段階で、それをきっかけに関節内へ薬剤を即時かつ自動的に投与し、症状を軽減または解消できるようにすることだ。
結局のところ、関節炎に最適なウェアラブル機器は、技術的に優れているだけでは不十分だ。バイオマーカーの測定値をもとに治療方針を確実に決められるか、発作を予測できるか、あるいは生活習慣の有益な改善につなげられるかが重要となる。
バイオセンサーへの投資
Abbott Laboratories
ABT 価格チャート
医療機器と診断分野で強固な基盤を持つAbbottは、本研究で取り上げた種類の研究に最も近い「大手製薬企業」の一社だ。
創業138年の同社は、従業員数が11万4,000人を超え、160カ国以上で事業を展開し、2025年の売上高は443億ドルだった。
Abbottの生体装着型ウェアラブル機器製品である、糖尿病患者の血糖値測定に使われるFreeStyle LibreとLingoは、ウェアラブルモニターが患者の健康状態や日常生活を大きく改善できることを示す好例だ。また、数十億ドル規模の事業にもなり得ることを証明している。
「Abbottを代表する持続血糖測定器であるLibreシリーズは、世界で最も広く利用されている生体装着型ウェアラブル機器で、800万人を超える人々の血糖管理を支援している」
2025年の売上高は、診断事業が89億3,700万ドル、糖尿病ケア事業が80億ドルだった。このことから、センシング、測定、およびその周辺事業が同社の中核を成していることが分かる。その他の重要な事業分野には、栄養事業（84億ドル）と、特にインプラントを中心とする心血管治療事業（123億ドル）がある。
これは、Abbottが必ず関節炎向けの汗センサーを開発するという意味ではない。しかし、広範な「センサー」分野で専門性を持つ企業は、多くの新たな医療用途でバイオモニタリングが全体として成長すれば、その恩恵を受ける可能性が高い。血糖値モニタリングだけでも、すでに世界市場は140億ドルに達している。
同社が、トロポニン、感染症マーカー、血液成分など、さまざまな分子の検査を主導するなど、分子診断全般に深い専門性を持つ場合は、特にその可能性が高い。
この見通しに加え、潜在的な投資家は、同社のその他の事業に加えて、心血管インプラント、乳児用粉ミルク、先進的なバイオセンシング（研究開発パイプライン（Libre Duo））、がん診断に重点を置く研究開発パイプラインについても、引き続き慎重に評価するだろう。
Abbott Laboratories（ABT）の最新株価ニュースと動向
参考文献
1. Appurva Tiwari, Ben Bin Xu, and Xuehua Zhang. 関節炎モニタリング用ウェアラブル汗センサー. Chemical Engineering Journal. 2026年12月1日。Article: 182747. Volume 549.
