Neinvazivní metoda měření krevního cukru by mohla nahradit testy otisků prstů na cukrovku

Neinvazivní metoda měření krevního cukru by mohla nahradit testy otisků prstů na cukrovku

Neinvazivní metoda měření hladiny cukru v krvi vyvinutá na MIT by mohla pacientům s cukrovkou ušetřit mnohonásobné píchání do prstů.

Tým MIT použil Ramanovu spektroskopii – techniku, která odhaluje chemické složení tkání jejich ozařováním blízkým infračerveným nebo viditelným světlem – k vývoji zařízení velikosti krabice od bot, které dokáže měřit hladinu cukru v krvi bez jehel.

Při testování na zdravém dobrovolníkovi vědci zjistili, že měření jejich zařízení byla podobná měřením získaným pomocí komerčních senzorů pro kontinuální monitorování glukózy, které vyžadují implantaci drátu pod kůži. Zatímco zařízení prezentované v této studii je příliš velké na to, aby se dalo použít jako nositelný senzor, výzkumníci od té doby vyvinuli nositelnou verzi, kterou nyní testují v malé klinické studii.

Po dlouhou dobu byl standardní metodou měření hladiny cukru v krvi hmatník, ale nikdo se nechce píchat do prstu každý den, několikrát denně. Mnoho diabetiků si samozřejmě nedostatečně měří hladinu cukru v krvi, což může vést k vážným komplikacím. Pokud dokážeme vyrobit neinvazivní monitor glukózy s vysokou přesností, pak bude tato nová technologie těžit téměř každý pacient s diabetem.“

Jeon Woong Kang, výzkumník MIT a hlavní autor studie

Postdoktorandka MIT Arianna Bresci je hlavní autorkou nové studie, která se dnes objevuje v časopise.Analytická chemie. Mezi další autory patří Peter So, ředitel MIT Laser Biomedical Research Center (LBRC) a MIT profesor bioinženýrství a strojního inženýrství, a Youngkyu Kim a Miyeon Jue z Apollon Inc., biotechnologické společnosti se sídlem v Jižní Koreji.

Neinvazivní měření glukózy

Zatímco většina pacientů s cukrovkou měří hladinu cukru v krvi odběrem krve a jejím testováním pomocí glukometru, někteří používají nositelné monitory, jejichž senzor je vložen těsně pod kůži. Tyto senzory poskytují nepřetržité měření glukózy z intersticiální tekutiny, ale mohou způsobit podráždění kůže a musí být vyměněny každých 10 až 15 dní.

V naději, že vyvinou nositelné monitory glukózy, které by byly pro pacienty pohodlnější, výzkumníci z LBRC MIT usilovali o neinvazivní senzory založené na Ramanově spektroskopii. Tento typ spektroskopie odhaluje chemické složení tkáně nebo buněk analýzou toho, jak je blízké infračervené světlo rozptýleno nebo odkloněno, když dopadá na různé typy molekul.

V roce 2010 vědci z LBRC ukázali, že mohou vypočítat hladiny glukózy nepřímo na základě srovnání mezi Ramanovými signály z intersticiální tekutiny, která pokrývá kožní buňky, a referenčním měřením hladiny glukózy v krvi. I když tento přístup produkoval spolehlivé údaje, nebyl praktický pro přenos do glukometru.

Nedávno vědci oznámili průlom, který jim umožnil měřit glukózové Ramanovy signály přímo z kůže. Normálně je tento glukózový signál příliš malý na to, aby se dal odlišit od všech ostatních signálů produkovaných molekulami ve tkáni. Tým MIT našel způsob, jak odfiltrovat velkou část nežádoucího signálu tím, že na kůži pod jiným úhlem posvítí blízké infračervené světlo, ze kterého shromáždí výsledný Ramanův signál.

Vědci provedli tato měření pomocí zařízení o velikosti stolní tiskárny a od té doby pracují na dalším snížení zastavěnosti zařízení.

Ve své nové studii byli schopni vyvinout menší zařízení analýzou pouhých tří pásem - spektrálních oblastí, které odpovídají specifickým molekulárním rysům - v Ramanově spektru.

Typicky může Ramanovo spektrum obsahovat přibližně 1000 pásem. Tým MIT však zjistil, že dokáže určit hladinu glukózy v krvi měřením pouhých tří pásem – jednoho z glukózy plus dvou měření na pozadí. Tento přístup umožnil výzkumníkům snížit množství a náklady na potřebné vybavení a provést měření pomocí levného zařízení o velikosti krabice od bot.

„Tím, že se zřekneme zachycení celého spektra, které obsahuje mnoho nadbytečných informací, omezíme se na tři vybraná pásma z přibližně 1000,“ říká Bresci. "Tento nový přístup nám umožňuje upravovat součásti běžně používané v zařízeních založených na Ramanu, čímž šetříme prostor, čas a náklady."

Směrem k nositelnému senzoru

V klinické studii provedené v MIT Center for Clinical Translation Research (CCTR) vědci použili nové zařízení k měření u zdravého dobrovolníka po dobu čtyř hodin. Když subjekt položil paži na zařízení, blízký infračervený paprsek zazářil malým skleněným okénkem na kůži, aby provedl měření.

Každé měření trvá něco málo přes 30 sekund a výzkumníci prováděli nové měření každých pět minut.

Během studie subjekt konzumoval dva 75gramové glukózové nápoje, což výzkumníkům umožnilo sledovat významné změny koncentrací cukru v krvi. Zjistili, že zařízení založené na Ramanovi mělo podobnou přesnost jako dva komerčně dostupné invazivní glukometry, které subjekt nosil.

Od dokončení této studie vědci vyvinuli menší prototyp o velikosti iPhone, který v současné době testují na MIT CCTR jako nositelný monitor na zdravých dobrovolnících a dobrovolnících s prediabetem. Příští rok plánují ve spolupráci s místní nemocnicí provést větší studii zahrnující lidi s cukrovkou.

Vědci také pracují na tom, aby bylo zařízení ještě menší, přibližně o velikosti hodinek. Kromě toho hledají způsoby, jak zajistit, aby zařízení mohlo získat přesné údaje od lidí s různými odstíny pleti.

Výzkum byl financován Národním institutem zdraví, Korejskou agenturou na podporu technologií a informací pro malé a střední podniky a Apollon Inc.

Zdroje: