يمكن لطريقة غير جراحية لقياس نسبة السكر في الدم أن تحل محل اختبارات بصمات الأصابع لمرض السكري

يمكن لطريقة غير جراحية لقياس نسبة السكر في الدم أن تحل محل اختبارات بصمات الأصابع لمرض السكري

يمكن لطريقة غير جراحية لقياس مستويات السكر في الدم تم تطويرها في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أن تنقذ مرضى السكري من الاضطرار إلى وخز أصابعهم عدة مرات.

استخدم فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا تحليل رامان الطيفي - وهي تقنية تكشف التركيب الكيميائي للأنسجة عن طريق تشعيعها بالأشعة تحت الحمراء القريبة أو الضوء المرئي - لتطوير جهاز بحجم علبة الأحذية يمكنه قياس مستويات السكر في الدم بدون إبر.

عند اختباره على متطوع سليم، وجد الباحثون أن قياسات أجهزتهم كانت مماثلة لتلك التي تم الحصول عليها باستخدام أجهزة الاستشعار التجارية المستمرة لمراقبة الجلوكوز، والتي تتطلب زرع سلك تحت الجلد. في حين أن الجهاز المقدم في هذه الدراسة كبير جدًا بحيث لا يمكن استخدامه كمستشعر يمكن ارتداؤه، فقد طور الباحثون منذ ذلك الحين نسخة يمكن ارتداؤها ويختبرونها الآن في تجربة سريرية صغيرة.

لفترة طويلة، كان وخز الإصبع هو الطريقة القياسية لقياس نسبة السكر في الدم، ولكن لا أحد يرغب في وخز إصبعه كل يوم، عدة مرات في اليوم. وبطبيعة الحال، فإن العديد من مرضى السكري لا يقيسون مستويات السكر في الدم بشكل كاف، الأمر الذي يمكن أن يؤدي إلى مضاعفات خطيرة. إذا تمكنا من إنتاج جهاز مراقبة الجلوكوز غير الجراحي بدقة عالية، فإن كل مريض مصاب بالسكري تقريبًا سيستفيد من هذه التكنولوجيا الجديدة.

جيون وونغ كانغ، باحث في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا والمؤلف الرئيسي للدراسة

أريانا بريشي، باحثة ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، هي المؤلفة الرئيسية للدراسة الجديدة، التي تظهر في المجلة اليومالكيمياء التحليلية. ومن بين المؤلفين الآخرين بيتر سو، مدير مركز أبحاث الليزر الطبي الحيوي في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (LBRC) وأستاذ الهندسة الحيوية والهندسة الميكانيكية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ويونغكيو كيم وميون جو من شركة أبولون، وهي شركة للتكنولوجيا الحيوية مقرها في كوريا الجنوبية.

قياس الجلوكوز غير الغازية

في حين أن معظم مرضى السكري يقيسون مستويات السكر في الدم عن طريق سحب الدم واختباره باستخدام جهاز قياس السكر، يستخدم البعض أجهزة مراقبة يمكن ارتداؤها يتم إدخال مستشعرها تحت الجلد مباشرةً. توفر هذه المستشعرات قياسات مستمرة للجلوكوز من السائل الخلالي، ولكنها يمكن أن تسبب تهيج الجلد ويجب استبدالها كل 10 إلى 15 يومًا.

على أمل تطوير أجهزة مراقبة الجلوكوز التي يمكن ارتداؤها والتي من شأنها أن تكون أكثر راحة للمرضى، اتبع الباحثون في LBRC التابع لمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أجهزة استشعار غير جراحية تعتمد على تحليل رامان الطيفي. يكشف هذا النوع من التحليل الطيفي عن التركيب الكيميائي للأنسجة أو الخلايا من خلال تحليل كيفية تشتيت أو انحراف ضوء الأشعة تحت الحمراء القريبة عندما يضرب أنواعًا مختلفة من الجزيئات.

في عام 2010، أظهر الباحثون في LBRC أنهم يستطيعون حساب مستويات الجلوكوز بشكل غير مباشر، بناءً على مقارنة بين إشارات رامان من السائل الخلالي الذي يكسو خلايا الجلد والقياس المرجعي لمستويات الجلوكوز في الدم. في حين أن هذا النهج أنتج قراءات موثوقة، إلا أنه لم يكن عمليًا للانتقال إلى جهاز قياس السكر.

في الآونة الأخيرة، أعلن الباحثون عن إنجاز سمح لهم بقياس إشارات الجلوكوز رامان مباشرة من الجلد. عادةً ما تكون إشارة الجلوكوز صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تمييزها عن جميع الإشارات الأخرى التي تنتجها الجزيئات الموجودة في الأنسجة. وجد فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا طريقة لتصفية الكثير من الإشارات غير المرغوب فيها عن طريق تسليط الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء على الجلد بزاوية مختلفة، ومن خلالها تم جمع إشارة رامان الناتجة.

أخذ الباحثون هذه القياسات باستخدام أجهزة بحجم الطابعة المكتبية، ويعملون منذ ذلك الحين على تقليل أثر الجهاز بشكل أكبر.

وفي دراستهم الجديدة، تمكنوا من تطوير جهاز أصغر من خلال تحليل ثلاثة نطاقات فقط - مناطق طيفية تتوافق مع سمات جزيئية محددة - في طيف رامان.

عادة يمكن أن يحتوي طيف رامان على حوالي 1000 نطاق. ومع ذلك، وجد فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أنه يمكنهم تحديد مستويات الجلوكوز في الدم عن طريق قياس ثلاثة نطاقات فقط - واحد من الجلوكوز بالإضافة إلى قياسين أساسيين. سمح هذا النهج للباحثين بتقليل كمية وتكلفة المعدات اللازمة وإجراء القياس باستخدام جهاز غير مكلف بحجم صندوق الأحذية.

يقول بريشي: "من خلال التخلي عن التقاط الطيف بأكمله، الذي يحتوي على الكثير من المعلومات الزائدة عن الحاجة، فإننا نقتصر على ثلاثة نطاقات مختارة من حوالي 1000 نطاق". "يسمح لنا هذا النهج الجديد بتعديل المكونات شائعة الاستخدام في الأجهزة المعتمدة على رامان، مما يوفر المساحة والوقت والتكاليف."

نحو جهاز استشعار يمكن ارتداؤها

وفي تجربة سريرية أجريت في مركز معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا لأبحاث الترجمة السريرية (CCTR)، استخدم الباحثون الجهاز الجديد لأخذ قياسات لدى متطوع سليم على مدى أربع ساعات. عندما وضع الشخص ذراعه على الجهاز، انطلق شعاع من الأشعة تحت الحمراء القريبة عبر نافذة زجاجية صغيرة على الجلد لأخذ القياس.

يستمر كل قياس ما يزيد قليلاً عن 30 ثانية، ويأخذ الباحثون قياسًا جديدًا كل خمس دقائق.

خلال الدراسة، تناول المشاركون مشروبين من الجلوكوز سعة 75 جرامًا، مما سمح للباحثين بمراقبة التغيرات الكبيرة في تركيزات السكر في الدم. ووجدوا أن الجهاز الذي يعتمد على رامان يتمتع بدقة مماثلة لاثنين من أجهزة مراقبة الجلوكوز المتوفرة تجاريًا والتي يرتديها الشخص.

منذ الانتهاء من هذه الدراسة، طور الباحثون نموذجًا أوليًا أصغر حجمًا، بحجم هاتف iPhone تقريبًا، ويختبرونه حاليًا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT CCTR) كشاشة يمكن ارتداؤها على متطوعين أصحاء ومصابين بالسكري. وفي العام المقبل، يخططون لإجراء دراسة أكبر تشمل الأشخاص المصابين بالسكري بالتعاون مع مستشفى محلي.

ويعمل الباحثون أيضًا على جعل الجهاز أصغر حجمًا، بحجم الساعة تقريبًا. بالإضافة إلى ذلك، يبحثون عن طرق لضمان حصول الجهاز على قراءات دقيقة من الأشخاص ذوي ألوان البشرة المختلفة.

تم تمويل البحث من قبل المعاهد الوطنية للصحة والوكالة الكورية لترويج التكنولوجيا والمعلومات للشركات الصغيرة والمتوسطة وشركة Apollon Inc.

مصادر: