数字弹性生物标志物对个性化健康维护和疾病预防
Willem van den边缘
1
*,
中生Bloem2,Adithya Ananth3,Thiru Kanagasabapathi4,罗本Amelink3,
Jildau Bouwman
1,Gerwin Gelinck4,Sjaak van Veen2,安德烈Boorsma1和
苏珊Wopereis
1
- 1微生物学和系统生物学、荷兰应用科学研究组织(TNO)泽斯特,荷兰
- 2荷兰环境遥感建模和分析,应用科学研究组织(TNO),荷兰乌得勒支
- 3荷兰的光学应用科学研究组织(TNO),代尔夫特,荷兰
- 4霍尔斯特中心,荷兰应用科学研究组织(TNO),荷兰埃因霍温
健康维护和疾病预防战略越来越优先与慢性的健康和经济负担增加,与生活方式有关的疾病。这些策略的一个关键因素是个体的权利来控制他们的健康。Self-measurement中扮演着重要的角色在实现这种权利。数字测量的优点是测量变化,被动地,不断地,在真实的语境。一个重要的问题是,这样的测量可以敏感测量对疾病进展,微妙的不平衡以及微妙的影响,例如,营养改善。弹性生物标志物的概念,定义为动态评估生物应对外部挑战,已被确定为一个可行的策略来衡量这些微妙的影响。在本文中,我们探索的潜力将这一概念与数字生理测量来数字弹性生物标志物。此外,我们讨论潜在的可穿戴的,非侵入性和分子生物标志物的连续测量。这些类型的创新的测量可能,在未来,也是一个数字弹性生物标志物提供更多的洞察的个人生物动力学个体。,数字弹性生物标志物的设想,以便测量微妙的健康维护和疾病预防策略的影响在真实的语境,从而提供个性化的反馈来改善健康。
测量在健康维护和疾病预防
大部分的全球死亡和与健康有关的财政负担来自慢性,与生活方式有关的疾病,包括肥胖、2型糖尿病和心血管疾病(1)。维护健康和预防疾病,因此,越来越多的优先(2)。此外,正如已经突出显示冠状病毒病2019年(COVID-19)大流行期间,健康是重要的打击急性感染(3)。最优开发潜在的健康维护和疾病预防策略,个人必须能够控制自己的健康。一个核心元素健康赋权是能够self-measure指导个人卫生干预措施(4)。不幸的是,传统的基于健康测量,例如,血液抽样或成像往往不为应用程序开发在国内环境中,因此不适合self-measurement。限制包括他们的侵袭性,缺乏生态效度,需要训练有素的人员,和高成本。此外,尽管self-measurement工具存在,如手指戳破葡萄糖、胆固醇、血压,这些测量通常情景,限制持续健康的洞察力和管理。
数字医疗解决方案承诺让人控制他们的健康,尽管大多数发展一直关注疾病管理而不是预防5)。事实上,数字测量可能被动地收集在一个独立生存的,家庭环境由任何人穿着数码设备。数字工具,如smartwatches、智能手机和其他可穿戴设备现在可以测量健康状况的重要指标包括生命体征、皮肤温度、睡眠和活动模式(6- - - - - -8)。同时,发展新型的连续、非侵入式的、和可穿戴分子传感技术正在进行,例如,生物分子的非侵入性的量化汗水,唾液,和其他体液(9- - - - - -11)。这些类型的测量可能最终丰富当前数字测量的能力。
随着小说的发展(数字)生物标志物,重要的是开始问什么健康方面是有意义的和相关的用户(例如,病人,消费者)(12)。上下文中的个性化健康维护和疾病预防,它能够测量一个相关干预效果,例如,饮食变化,运动,压力指导,或营养补充。虽然这些类型的干预措施,可能会有明确的对特定变量的影响(例如,减少体重的减肥计划),大多数干预是微妙的影响,关注长期的(例如,增加蔬菜摄入量提高免疫健康)。事实上,尤其是健康维护的目的,而且疾病预防,是恢复微妙的不平衡在生物系统。衡量这些微妙的影响,提出了下一代弹性生物标志物评估小但相关健康维护和疾病预防策略的影响(13)。这些新型生物标记的基础是基于最近被休伯等人对健康的定义为“适应和自我管理的能力面对社会、身体、和情感的挑战”(14)。符合这一点,弹性生物标志物的测量是基于生物反应到特定的挑战,也被称为生物标志物的表型灵活性(13,15- - - - - -18)。因为可穿戴数码测量通常测量具有高时间分辨率(秒到几分钟),它们非常适合测量弹性等连续应对日常挑战压力,食物,活动。
本文首先阐述了弹性生物标志物的概念随后探索其与当前和未来的集成数字测量方法来小说概念的数字弹性生物标志物评估健康维护和疾病预防。
弹性生物标志物
评估个性化健康维护和疾病预防策略的影响在“适应和自我管理的能力,重要的是要理解生物系统之间的动态交互和不断变化的外部影响的食物,压力,活动,和其他因素。一个生物系统的特点是一个复杂的、交互式的网络监管流程运行在多个时间尺度和几层。这些层可以定义层的分子途径和过程,器官和系统,健康状况评估营养和其他影响的传播通过生物系统(图1一个)(16,19)。随着年龄增长,适应能力降低,对疾病,底部与分子层开始,途径和过程,最终导致功能的健康状况下降。例如,作为一个孤立的例子,营养过剩(分子)导致胰岛素抵抗(流程),这反过来会导致肝甘油三酯积累导致肝脂肪变性(器官),最终导致脂肪肝(健康结果)(20.)。
图1。数字弹性生物标志物的概念化。(一)健康的多层模型与生物组织的跨层次层复杂的交互。(B)数字传感器可以连接到分子或生物过程,如调节葡萄糖的脂质监管、血管调节、微生物动力学、压力调节和低度炎症来数码弹性生物标志物。(C)弹性指标更敏感和微妙的生物系统的脱轨,在疾病早期表现。
弹性生物标志物旨在衡量“适应能力”这是减少随着年龄的增长和疾病(图1 b,2)。生物标志物的普遍接受的定义是“一个定义特征是作为正常的生物过程的指标来衡量,致病过程,或反应接触或干预,包括治疗性干预措施”(24)。2016年,食品和药品政府担任国家卫生研究院(FDA-NIH)工作小组确定了七个生物标志物亚型诊断生物标记,监测生物标志物,药效学/响应生物标志物,预测生物标志物,预后的生物标志物,安全生物标志物,磁化率/风险生物标志物。这些子类型的定义表1(24)。与这些生物标记解决“适应能力”作为一个概念与特定的效用在健康维护和疾病预防领域,我们已经强调了弹性生物标志物作为一个单独的子类别诊断,监测、或响应生物标志物(表1)。
图2。措施的韧性(一)增加反应的葡萄糖高热量奶昔随着年龄的增长和疾病(数据从研究描述Wopereis et al。(21)和van den Broek et al。(22)),(B)心率变异性的减少与年龄和疾病[允许转载Sturmberg et al。(23)]。
表1。定义、非和数字例子八生物标记类型。
有两种方法构造弹性生物标志物作为动力响应对生物系统的外部扰动。第一种方法是基于时间分辨生物标志物响应一个标准化的挑战(13)。标准化的挑战的例子已经发展为多个卫生领域和包括心肺运动试验(37),特里尔社会压力测试(38),脂多糖的挑战(量化免疫韧性)(39),口服葡萄糖耐量试验(40),mixed-meal挑战(15)。健康个体充分处理挑战测试通过监管机制的适应,表现最佳的弹性。失去弹性是反映在一个受损的应对挑战(21,22,41,42)。图2一个礼物的一个例子口服葡萄糖耐量试验的测量血糖动态的氧化剂在摄入75克糖在5分钟之内。老化的影响,和更多的这样的疾病,可以观察到在高葡萄糖浓度在回应同样的挑战。换句话说,葡萄糖吸收的调节机制受损在老年人和2型糖尿病患者。
进一步了解生物系统之间的动态交互和外部扰动,测量集成生物反应是很重要的一个挑战。因此,更复杂的弹性生物标记已经由评估多个生物标志物的动态响应测试一个挑战,例如,PhenFlex挑战(21)。这是一个标准化这个混合粉的挑战已经证明扰乱多个生物过程,包括葡萄糖代谢、脂质代谢、氨基酸代谢、维生素、代谢压力和轻度炎症(21)。基于微分生物标记反应的PhenFlex挑战个人沿着健康频谱从健康不健康,几个弹性生物标记开发与这些生物过程(22)。不仅有这些弹性生物标记物的健康允许量化十几范围,但是他们也被证明量化微妙的营养干预的影响(25,43)。
构建弹性生物标志物的第二种方式是评估一个连续的生物模式不使用显式的标准化测试的挑战。例如,连续心电图可以用来确定心率变异性指标反映自主神经系统功能(44)。的确,心率模式变化随着年龄的增长和疾病,可以观察到图2 b。事实上,在这个例子中,数学的复杂性(如样本熵)的连续模式是减少,可以用作衡量生物弹性敏感年龄和疾病(23,45)。因为这种方法构建弹性生物标志物通常包括一个数字测量,下面将讨论进一步的例子。
数字弹性生物标志物
质询-响应的测量涉及到时间分辨采样。相对负担这种类型的弹性生物标记的集合,除了暴露于一个标准化的扰动,因此大多是高于静态生物标志物。作为一个例子,代谢能力的测量基于传统测量方法在4 h(包括5个血液样本22)。此外,这种测量只给在特定时刻洞察弹性。数字生物标记的优点是测量方法,不断。他们可以被定义为“可穿戴或便携式系统的传感器收集的生物标志物,电子,和算法生成一个长期、实时数字信号进行频繁、非侵入性的监视下生活条件”(改编自(6)]。这个定义数字生物标志物包括从smartwatches测量、智能纺织品、智能量表和手持设备的实时健康监测消费者但不包括clinical-grade设备需要操作由专业。例如,一个家庭实时温度测量属于这个定义而不是实验室的头发皮质醇测量。在过去的十年里,数字生物标记的数量迅速增长。数字生物标志物应用于一般人群的例子包括photoplethysmography不规则脉冲重复频率的检测来预测心房纤颤(27睡眠时间测量)和个加速器(46)。其他例子,专注于一个特定的疾病,是个加速器的测量和gyroscopy步态冻结在帕金森病(47);个加速器和皮肤电导预测癫痫发作(48);可穿戴的脑电图,心率变异性和皮肤电导情绪跟踪(49);photoplethysmography检测糖尿病(50);或结合脉搏,皮肤电导,皮肤温度和氧饱和度的远程控制慢性阻塞性肺疾病(COPD)患者(51)。
以时间序列,数字生物标记适合于构建一个基于连续弹性生物标志物生物模式。如前所述,心率变异性是一个弹性生物标志物反映自治系统功能相关的多个生物功能(52,53),包括心理压力(54)、心血管健康(36,55)和炎症(56,57)。其他的例子包括血压变异性(58- - - - - -60)、步态(61年,62年)和葡萄糖(26)。血压变异性与全因死亡率有关(59)、心血管事件(59)和阿尔茨海默病的进展(60)。步态变化与下降的风险有关神经退行性疾病(61年),尽管似乎不改变与年龄(62年)。血糖变异性与葡萄糖失调(26)。虽然这些例子关注数字弹性生物标志物的复杂性度量数字时间序列模式,他们也可以被定义为数字生物标记反应标准挑战测试后或连续反应在日常的挑战,如进食和活动(63年)。
通过选择数字测量基于他们的能力反映了一个特定的生物过程,数字可以构造弹性生物标志物(如概念化图1 c)来评估生物系统的细微变化。在这里,我们描述生物学过程相关的几个例子健康维护和疾病预防,可以使用数字测量弹性生物标志物。可以单独进行数字量化,这些生物过程或组合,提供一个综合测量不同卫生方面。出于演示目的未来的潜力,并不是所有的例子将严格遵循上述的定义数字生物标志物。测量方法的一些例子稍微侵入性(例如,连续葡萄糖监测)或目前只可以作为clinical-grade方法(例如,动态血压监测)。此外,需要注意的是,发展数字弹性生物标志物包括算法开发,但讨论特定的数据科学方法不是本文的范围内。
数字血管监管弹性生物标志物
血管特异表达体内平衡是一个重要的决定因素在一些代谢疾病,包括心血管疾病、代谢综合征、2型糖尿病,与氧化应激密切相关,慢性炎症、胰岛素抵抗和血脂失调(64年)。现在就有可能监测血管功能通过观察连续模式可戴张力测定法(65年),photoplethysmography (66年)或动态血压变异性(67年)作为数字弹性生物标志物。血压变异性与心血管疾病相关的结果(59)。特别是短期可变性(beat-to-beat和24小时)感兴趣的,是与动脉相关合规或动脉弹性(58),尽管它一直质疑血压变异性的价值优于绝对的血压为心血管疾病的预后结果(68年)。
数字韧性精神压力调节的生物标志物
心理压力是一个重要的驱动程序等,神经退行性、精神、心血管、代谢和炎症性疾病(4,18,69年)。压力的来源是否有负面影响对长期健康结果依赖于个体的心理弹性。事实上,生理反应,包括心率、特里尔社会压力测试表明弹性压力(38)。不仅心率、心率变异性、皮肤电导和皮肤温度,但声音扰动也被用于应对压力测试的量化压力在实验室条件下(70年- - - - - -72年)。并不是所有的这些变量可能与消费级这套可靠地测量在日常生活不稳定的情况下,考虑到他们对运动构件(73年)。然而,大规模监测心电图,皮肤电导和皮肤温度在日常生活的情况下显示钝化与健康相关的生理应激反应,高抑郁,高焦虑,和高水平的压力(31日)。
数字韧性慢性低度炎症的生物标志物
慢性低度炎症中起着重要的作用在许多慢性疾病包括心血管疾病和代谢综合征(43)。最近,细胞因子反应PhenFlex挑战被用来定义一个非弹性的慢性低度炎症生物标记(25)。有趣的是,心率变异性(57,74年),和血氧饱和度(690可以作为间接数字炎症生物标记。事实上,心率变异性一直是与c反应蛋白和其他炎症标记物(57)。此外,皮肤温度测量的可穿戴可能导致全身炎症,虽然这种联系是不一致的,可能解释为环境温度对皮肤温度的影响75年)。
数字Host-Microbiome动力学弹性生物标志物
host-microbiome动力学,很大程度上取决于饮食摄入,饮食和健康之间是一个重要的中介通过炎症、代谢、神经过程(76年,77年)。氢气呼吸试验对乳糖的挑战是一个经过验证的技术来确定乳糖不耐受,基于缺陷微生物发酵碳水化合物。微生物发酵过程产生挥发物如氢气、甲烷、硫化氢,其他挥发物,可以以呼吸的便携式电子鼻技术(78年- - - - - -80年)。虽然只有开始出现,设备测量这些化合物的呼吸越来越小和消费品位,使他们利用在日常生活(81年),控股承诺这些生物标记成为微生物动态数字弹性生物标志物。
数字弹性生物标志物的脂质监管
脂质服务于多个身体的基本功能,包括能源存储,作为细胞的结构组成和信号。生物过程潜在的脂质调节包括脂类消化、运输、存储、和新陈代谢。目前,没有数字生物标记以这些标记,虽然早期发展正在为可穿戴测量胆固醇(82年)。此外,腹腔脂肪光谱,与脂质调节和炎症有关,很可能在不久的将来成为可能(83年)。除此之外,自主失衡与代谢综合征及其相关组件,包括胆固醇和甘油三酯(84年,85年),这表明心率变异性可能作为间接反映脂质失调。
数字弹性生物标记的葡萄糖的监管
葡萄糖调节是由一系列生物过程,包括胰岛素敏感性,β-cell功能和糖质新生。作为数字生物标志物,组织液中葡萄糖能够可靠地计量的皮肤微创连续葡萄糖监测长达14天不需要侵入性校准(28,86年)。口服葡萄糖耐量试验的反应,来衡量一个连续葡萄糖监测,最近被用来评估食物餐后反应(63年)。连续葡萄糖监测也用来计算葡萄糖变异性的测量血糖失调(26)。心率变异性与系统性胰岛素敏感性的措施(75年,87年),显示预后预测价值5年胰岛素敏感性(88年)。鉴于其通用的字符,特异性测量心率变异性代替葡萄糖调节异常低。然而,这可能提高了干扰葡萄糖调节与口服葡萄糖耐量试验(89年)。这种方法,心率变异性对怀孕期间口服葡萄糖耐量试验,甚至可能允许使用胎儿magnetocardiography间接测定胎儿胰岛素敏感性(90年)。
数字生物标记分子
上述数字弹性生物标记物大多是基于测量生命体征,如心率、血压、血氧饱和度。在最低限度的几个例子或非侵入式测量特定的分子生物标志物(皮下葡萄糖,呼吸挥发物)进行了讨论,这包括一个更大的小说,小说领域未来潜力特定分子测量数字生物标志物(9- - - - - -11)。考虑到这些技术允许分子标记的连续测量,也可以用于定义小说数字弹性生物标志物。目前,许多这些数字生物标记分子处于评估阶段,说明传感器技术的性能。可以测量数字生物标记分子在血液或组织或经皮的变化可biofluid如出汗、流泪,或唾液(表2)。
表2。数字生物标志物特征,挑战和传感分子数字生物标志物在非侵入性biofluids原则一个。
非侵入性的抽样Biofluids数字生物标记分子
其中最探索非侵入性biofluids连续监测是汗(10)。外分泌腺的汗腺分布在几乎整个身体表面,和汗水包含多个生物分子生成本地或体循环的运输通过扩散或主动转运蛋白(92年)。生物标记的例子,探讨持续分泌腺的汗水和实时分析包括代谢物(如葡萄糖,乳酸,皮质醇,尿酸,酒精),电解质(如氯、钠、钾、pH值),和金属痕迹(如锌、铁、铜)(9,10)。此外,组织液,尽管目前在微创的方式收集,是著名的连续葡萄糖监测设备市场上,但它包含更多的生物分子。组织液可以收集通过皮下插管,或通过反向电离子透入疗法(93年),以允许传感器和分析物之间的联系。一个有趣的发展是无痛的应用多元监测生物分子在孔隙流体(微94年),显示了葡萄糖,乳酸和pH值(95年)。此外,撕裂流体包含代谢物、电解质浓度和蛋白质,其中一些反映系统性。虽然,目前,大多数研究已经完成了动物,传感器集成到隐形眼镜已经开发监测生物分子在眼泪数字生物标记,包括葡萄糖和乳酸(96年,97年)。唾液是分子的另一个有吸引力的biofluid数字生物标记,包含代谢物(如葡萄糖,乳酸,皮质醇),酶(如α淀粉酶)和抗体(例如,IgA免疫球蛋白)(98年)。唾液监测传感器集成已经完成的,例如,一个细菌检测牙釉质(99年护齿套),葡萄糖和亚硝酸盐监控(One hundred.),甚至一个奶嘴血糖监测(101年)。此外,呼出的气息包含许多挥发性有机化合物显示预测的几种疾病,包括糖尿病(102年)。结合乳糖挑战,呼吸氢测试是检测乳糖不耐症的金标准,也经常结合其他呼吸二氧化碳和甲烷等挥发物。这个测试现在还可用便携式,消费级设备,尽管还需要进行进一步的优化,提高测量的准确性(81年)。最后,非侵入性监测生物分子在血液和组织是可能与光谱技术(103年)。一个众所周知的例子是脉搏血氧仪,可作为医疗器械,用于检测边缘在指尖血氧饱和度(103年)。
传感原理数字生物标记分子
四个不同的传感原理用于生物监测一般:电生理监测(如心电图)、声学监测(如超声波),selector-transducer监测(主要是电化学传感器)和光学监测(例如,脉搏血氧测量血氧饱和度和心率)。最相关的传感原理为非侵入性biofluid和经皮的生物分子检测光学spectroscopy-based selector-transducer和检测方法。表3概述了特定的传感器类型基于这些原则将在下面讨论。
表3。传感器类型和相关的可穿戴传感原理,非侵入式的、连续的数字生物标记分子。
selector-transducer原理是基于一个选择器(如酶),选择性和灵敏度高与感兴趣的生物标记产生的信号与感兴趣的生物分子的浓度(104年,105年)。数字生物标志物,这种交互需要快速、可逆的允许连续实时监测。生物标志物和之间的交互选择器由传感器转换成一个信号功能和主要也是一个指标。电化学selector-transducer原则是一种最广泛用于生物标志物检测,虽然也声,压电和光学(比色、荧光)应用了传感器功能(104年,105年)。选择器和指示器都纳入聚合物或陶瓷涂层。例子是葡萄糖的电化学和optochemical检测使用酶葡萄糖氧化酶或己糖激酶作为选择器。葡萄糖氧化酶产生H2O2,导致电流滴定法测量电流的变化。己糖激酶产生NADH影响光的吸收光度法可以测量。这一原则应用于汗水,泪水液、唾液、组织液,等等。同样,许多其他生物分子可以测量使用特定selector-transducer原则,包括代谢物(乳酸、尿酸、氨、毒品、二氧化碳、皮质醇,糖,等等)和电解质(H+,Na+,Cl−等)(9,10)。较大的分子如多肽和蛋白质也可以检测到与这些原则,尽管这些分子最低限度在流汗,流泪,等由于有限的溶解度和扩散。然而,由于这些分子不会分发从体循环biofluids感兴趣的,因为他们的规模,他们被视为不那么相关数字弹性生物系统生物过程。可穿戴,连续电化学检测只是开始出现与当前应用程序主要是research-grade。
光学方法,最基本的形式,使用光源测量吸收分子的数目成正比。光的吸收是基于分子电子或振动转换发生在特定波长的光(紫外线、视觉、红外等)并为每个分子是不同的。常用的检测方法是测量传输或反射特定波长的吸光度计算。一个著名的例子,传输光谱的测量血氧饱和度(103年),使用两种不同波长的发光二极管,一个是红(波长660 nm),另一个是红外(波长,880或940海里),和一个光电二极管测量传输通过手指或两个波长的耳垂。缺氧和氧合血红蛋白有不同的两个波长的吸收特性,允许从他们的传播强度的计算血氧饱和度。同样,可穿戴的脉搏测量通常是基于反射photoplethysmography使用红色或绿色发光二极管(103年)。另外,一些光学方法测量荧光分子吸收光后发布的。拉曼光谱是基于拉曼散射,导致波长略有改变,因为相互作用与分子振动转换。技术已应用于无创性测量葡萄糖,虽然目前的证据是基于小sample-sized和有限的外部验证(106年)。造影测量吸收能量转化为热量导致局部扩张,产生压力波在毒气室或组织,可以测量超声波。技术,例如,被用来测量乙烯,作为一种新型生物标志物早发性感染(107年)。光致发光,基于内在荧光或磷光分子特征、措施释放能量与波长较长的光由于能量损失热量。最后这两个方法非常敏感,因为能源有不同的形式发布,没有背景信号。
随着数字生物标记分子的挑战
可穿戴式生物监测平台需要处理多个挑战(表2)。一般的挑战包括业务挑战的预处理条件、稳定性、灵敏度、响应时间、和multianalyte干扰,能源供应的挑战,数据通信挑战,材料尺寸和刚度的挑战,数据分析和安全挑战。这些都是至关重要的方面来解决在开发数字生物标志物。详细讨论这些主题超出了本文的范围,但提供的其他地方(91年)。此外,当从访问biofluids数字标志物的变化,反映出系统性的浓度,系统性当地生物分子浓度和浓度之间的断开可能是一个挑战。运输的生物分子,当地生产,内部和外部的影响,环境因素都可以影响这个关系需要考虑开发一个可靠的传感器分子数字生物标志物监测。此外,更具体地说,连续汗水监测样本处理低卷,生物标志物浓度低、污染连续汗水样本,从汗水和工件速度,pH值和温度(10)。组织液监测可能是最先进的技术的主要挑战是其相对侵袭性,干扰出汗、皮肤刺激与反向电离子透入疗法(包括),和较低的样品卷(10)。眼泪流体监测必须保证透明度和生物相容性,人类仍然需要翻译为进一步验证(10)。唾液从食物残留监控是受到污染,细菌等,从口腔运动机械应力传感器,生物相容性和用户舒适(例如,护齿套)(10)。呼吸监测从环境空气受到污染和工件从气流温度和湿度,吸收材料,(10)。经皮的光学方法可能遭受低灵敏度由于低信噪比和工件运动和环境光等。此外,频繁的校准的情况下可能需要有一个干扰的风险。然而,多个发展正在克服这些限制,开发可靠的家庭生物监测平台,最终允许分子数字健康监控和数字弹性生物标记的发展。
利用数字弹性生物标志物对个性化健康维护和疾病预防
数字弹性最佳利用生物标记,他们必须采取电子健康应用程序中不可分割的一部分,关注个性化的健康维护和疾病预防。慢性疾病通常是复杂的,需要系统的方法治愈或预防。这不仅涉及到生物组件还包括行为和社会元素,允许定制(生活方式)干预措施根据个人需要从所有域影响疾病(4,8)。数字测量可以覆盖其中的几个元素丰富弹性生物标志物与静态数字生物标志物来获得更全面的生物测量。此外,数字测量的行为可以包括活动追踪器,睡眠追踪器,和应力监测,而手机使用和全球定位系统(GPS)数据可用于监测社会环境。为例,研究等人已经令人信服地主张个性化的系统干预措施(即。,dietary interventions, physical activity, medication), taking these factors into account to achieve remission of type 2 diabetes by regaining biological resilience on beta-cell function, insulin sensitivity, vascular health, and chronic low-grade inflammation (4)。同样,从健康维护和疾病预防的角度看,个性化的系统干预措施将有助于维持生物弹性。事实上,移动医疗平台如WellDoc显示临床改善糖尿病(108年)。类似的应用程序已被证明有效的糖尿病预防(109年)。认为综述,数字弹性生物标志物提供了一个可访问的方法来测量葡萄糖生物弹性相关健康、慢性低度炎症,血管健康,和其他生物域。
上述的几个数字弹性生物标志物是基于传感器技术在当前可穿戴技术可用。这些衣物的传感器数据可以在应对挑战测试或评估作为一个连续的模式来定义一个数字弹性生物标志物。等待进一步的验证数字弹性生物标记,一个相对简单的集成到现有的移动医疗平台是可能的。而关注的例子(前)糖尿病、数字弹性生物标志物的概念的一个组成部分,电子健康平台将与其他相关慢性疾病(如癌症、精神障碍、神经退行性疾病)量化早期发展或缓解的疾病。此外,这将是有用的作为一个仪器来监测人发病的慢性疾病(如。,那些遗传性格或儿童期不良经历(110年)指导预防性干预措施。
结束语
数字生物标志物近年来获得了巨大利益作为健康和疾病的非侵入性标记物。他们通常允许持续的监控,也可以用于弹性生物标记的发展。与静态生物标记物,这些生物标记允许量化微妙的不平衡在生物网络与早期发展对疾病有关。数字的组合生物标记发展弹性的概念提供了一种新型数字生物标志物作为本文中概述。数字生物标志物是基于弹性动力学解释的非侵入性和连续数字生物标记测量在日常生活中。尽管大多数数字弹性生物标志物的例子描述本文来自实验室设置,这些生物标记物有良好的潜在应用程序在一个家庭设置。未来的研究应重点关注这些生物标记物的验证,理想指导下最近发表的框架有效性,可用性和数据安全(5)。此外,所有努力专注于开发可穿戴电子分子内监控访问biofluids小说数字弹性生物标记成为可用的,会给机械的了解有关健康状况和生物途径和过程动力学。发展数字弹性生物标志物的概念设想最终允许非侵入性,连续监测的个性化健康维护和疾病预防策略在现实条件下。数字韧性监测可以结合个性化的干预策略来改善个人健康。
作者的贡献
世行、AB和西南的构思和概念化的手稿。世界银行协调协作。所有作者写道,审查,批准了手稿。
资金
作者声明,这项工作是由内部TNO数字卫生技术路线图。TNO是一个非盈利研究组织。TNO研究项目由荷兰政府和商业聚会,不影响工作。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
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收到:2020年10月06;接受:09年12月2020;
发表:2021年1月22日。
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*通信:Willem van den的边缘,willem.vandenbrink@tno.nl