Μια μη επεμβατική μέθοδος για τη μέτρηση του σακχάρου στο αίμα θα μπορούσε να αντικαταστήσει τα τεστ δακτυλικών αποτυπωμάτων για διαβήτη

Μια μη επεμβατική μέθοδος για τη μέτρηση του σακχάρου στο αίμα θα μπορούσε να αντικαταστήσει τα τεστ δακτυλικών αποτυπωμάτων για διαβήτη

Μια μη επεμβατική μέθοδος για τη μέτρηση των επιπέδων σακχάρου στο αίμα που αναπτύχθηκε στο MIT θα μπορούσε να σώσει τους ασθενείς με διαβήτη από το να χρειάζεται να τρυπήσουν τα δάχτυλά τους πολλές φορές.

Η ομάδα του MIT χρησιμοποίησε τη φασματοσκοπία Raman - μια τεχνική που αποκαλύπτει τη χημική σύνθεση των ιστών ακτινοβολώντας τους με εγγύς υπέρυθρο ή ορατό φως - για να αναπτύξει μια συσκευή μεγέθους κουτιού παπουτσιού που μπορεί να μετρήσει τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα χωρίς βελόνες.

Όταν δοκιμάστηκαν σε υγιή εθελοντή, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι μετρήσεις της συσκευής τους ήταν παρόμοιες με εκείνες που ελήφθησαν με τους εμπορικούς αισθητήρες συνεχούς παρακολούθησης της γλυκόζης, οι οποίοι απαιτούν την εμφύτευση ενός καλωδίου κάτω από το δέρμα. Ενώ η συσκευή που παρουσιάζεται σε αυτή τη μελέτη είναι πολύ μεγάλη για να χρησιμοποιηθεί ως φορετός αισθητήρας, οι ερευνητές ανέπτυξαν έκτοτε μια φορητή έκδοση που τώρα δοκιμάζουν σε μια μικρή κλινική δοκιμή.

Για μεγάλο χρονικό διάστημα, το δάχτυλο ήταν η τυπική μέθοδος για τη μέτρηση του σακχάρου στο αίμα, αλλά κανείς δεν θέλει να τρυπάει το δάχτυλό του κάθε μέρα, πολλές φορές την ημέρα. Φυσικά, πολλοί διαβητικοί δεν μετρούν επαρκώς τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα τους, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε σοβαρές επιπλοκές. Εάν μπορούμε να παράγουμε ένα μη επεμβατικό μόνιτορ γλυκόζης με υψηλή ακρίβεια, τότε σχεδόν κάθε διαβητικός ασθενής θα ωφεληθεί από αυτή τη νέα τεχνολογία».

Jeon Woong Kang, ερευνητής του MIT και επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης

Η μεταδιδακτορική ερευνήτρια του MIT Arianna Bresci είναι η κύρια συγγραφέας της νέας μελέτης, η οποία δημοσιεύεται στο περιοδικό σήμεραΑναλυτική χημεία. Άλλοι συγγραφείς περιλαμβάνουν τον Peter So, διευθυντή του MIT Laser Biomedical Research Center (LBRC) και καθηγητή βιομηχανικής και μηχανολογίας του MIT, και τους Youngkyu Kim and Miyeon Jue της Apollon Inc., μιας εταιρείας βιοτεχνολογίας με έδρα τη Νότια Κορέα.

Μη επεμβατική μέτρηση γλυκόζης

Ενώ οι περισσότεροι ασθενείς με διαβήτη μετρούν τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα τους τραβώντας αίμα και δοκιμάζοντας το με γλυκόμετρο, ορισμένοι χρησιμοποιούν φορητές οθόνες των οποίων ο αισθητήρας είναι τοποθετημένος ακριβώς κάτω από το δέρμα. Αυτοί οι αισθητήρες παρέχουν συνεχείς μετρήσεις γλυκόζης από το διάμεσο υγρό, αλλά μπορεί να προκαλέσουν ερεθισμό του δέρματος και πρέπει να αντικαθίστανται κάθε 10 έως 15 ημέρες.

Ελπίζοντας να αναπτύξουν φορητές συσκευές παρακολούθησης γλυκόζης που θα είναι πιο άνετες για τους ασθενείς, οι ερευνητές στο LBRC του MIT έχουν επιδιώξει μη επεμβατικούς αισθητήρες που βασίζονται στη φασματοσκοπία Raman. Αυτός ο τύπος φασματοσκοπίας αποκαλύπτει τη χημική σύνθεση του ιστού ή των κυττάρων αναλύοντας τον τρόπο με τον οποίο το κοντινό υπέρυθρο φως σκεδάζεται ή εκτρέπεται όταν χτυπά διαφορετικούς τύπους μορίων.

Το 2010, ερευνητές στο LBRC έδειξαν ότι μπορούσαν να υπολογίσουν τα επίπεδα γλυκόζης έμμεσα, με βάση μια σύγκριση μεταξύ των σημάτων Raman από το διάμεσο υγρό που καλύπτει τα κύτταρα του δέρματος και μια μέτρηση αναφοράς των επιπέδων γλυκόζης στο αίμα. Αν και αυτή η προσέγγιση παρήγαγε αξιόπιστες μετρήσεις, δεν ήταν πρακτική για μεταφορά σε μετρητή γλυκόζης.

Πρόσφατα, οι ερευνητές ανέφεραν μια σημαντική ανακάλυψη που τους επέτρεψε να μετρήσουν τα σήματα γλυκόζης Raman απευθείας από το δέρμα. Κανονικά, αυτό το σήμα γλυκόζης είναι πολύ μικρό για να διακριθεί από όλα τα άλλα σήματα που παράγονται από μόρια στον ιστό. Η ομάδα του MIT βρήκε έναν τρόπο να φιλτράρει μεγάλο μέρος του ανεπιθύμητου σήματος, εκπέμποντας εγγύς υπέρυθρο φως στο δέρμα σε διαφορετική γωνία, από την οποία συνέλεξε το προκύπτον σήμα Raman.

Οι ερευνητές έλαβαν αυτές τις μετρήσεις χρησιμοποιώντας συσκευές στο μέγεθος ενός επιτραπέζιου εκτυπωτή και έκτοτε εργάζονται για να μειώσουν περαιτέρω το αποτύπωμα της συσκευής.

Στη νέα τους μελέτη, κατάφεραν να αναπτύξουν μια μικρότερη συσκευή αναλύοντας μόνο τρεις ζώνες - φασματικές περιοχές που αντιστοιχούν σε συγκεκριμένα μοριακά χαρακτηριστικά - στο φάσμα Raman.

Συνήθως ένα φάσμα Raman μπορεί να περιέχει περίπου 1.000 ζώνες. Ωστόσο, η ομάδα του MIT διαπίστωσε ότι μπορούσαν να προσδιορίσουν τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα μετρώντας μόνο τρεις ζώνες - μία από τη γλυκόζη συν δύο μετρήσεις φόντου. Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε στους ερευνητές να μειώσουν την ποσότητα και το κόστος του απαραίτητου εξοπλισμού και να πραγματοποιήσουν τη μέτρηση χρησιμοποιώντας μια φθηνή συσκευή μεγέθους ενός κουτιού παπουτσιών.

«Προηγουμένως καταγράφοντας ολόκληρο το φάσμα, το οποίο περιέχει πολλές περιττές πληροφορίες, περιοριζόμαστε σε τρεις επιλεγμένες μπάντες από περίπου 1.000», λέει ο Bresci. «Αυτή η νέα προσέγγιση μάς επιτρέπει να τροποποιούμε τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται συνήθως σε συσκευές που βασίζονται στο Raman, εξοικονομώντας χώρο, χρόνο και κόστος».

Προς έναν φορετό αισθητήρα

Σε μια κλινική δοκιμή που διεξήχθη στο Κέντρο Έρευνας Κλινικής Μετάφρασης του MIT (CCTR), οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη νέα συσκευή για να κάνουν μετρήσεις σε έναν υγιή εθελοντή σε διάστημα τεσσάρων ωρών. Καθώς το άτομο τοποθετούσε το χέρι του στη συσκευή, μια ακτίνα σχεδόν υπέρυθρης ακτινοβολίας έλαμψε μέσα από ένα μικρό γυάλινο παράθυρο στο δέρμα για να λάβει τη μέτρηση.

Κάθε μέτρηση διαρκεί λίγο περισσότερο από 30 δευτερόλεπτα και οι ερευνητές έκαναν μια νέα μέτρηση κάθε πέντε λεπτά.

Κατά τη διάρκεια της μελέτης, το άτομο κατανάλωσε δύο ροφήματα γλυκόζης των 75 γραμμαρίων, τα οποία επέτρεψαν στους ερευνητές να παρακολουθούν σημαντικές αλλαγές στις συγκεντρώσεις σακχάρου στο αίμα. Διαπίστωσαν ότι η συσκευή με βάση το Raman είχε παρόμοια ακρίβεια με δύο εμπορικά διαθέσιμα επεμβατικά όργανα παρακολούθησης γλυκόζης που φορούσε το άτομο.

Από την ολοκλήρωση αυτής της μελέτης, οι ερευνητές ανέπτυξαν ένα μικρότερο πρωτότυπο, περίπου στο μέγεθος ενός iPhone, το οποίο δοκιμάζουν αυτήν τη στιγμή στο MIT CCTR ως φορετή οθόνη σε υγιείς και προδιαβητικούς εθελοντές. Το επόμενο έτος, σχεδιάζουν να πραγματοποιήσουν μια μεγαλύτερη μελέτη που θα περιλαμβάνει άτομα με διαβήτη σε συνεργασία με ένα τοπικό νοσοκομείο.

Οι ερευνητές εργάζονται επίσης για να κάνουν τη συσκευή ακόμα μικρότερη, περίπου στο μέγεθος ενός ρολογιού. Επιπλέον, αναζητούν τρόπους για να διασφαλίσουν ότι η συσκευή μπορεί να λάβει ακριβείς μετρήσεις από άτομα με διαφορετικούς τόνους δέρματος.

Η έρευνα χρηματοδοτήθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας, την Κορεατική Υπηρεσία Τεχνολογίας και Προώθησης Πληροφοριών για τις ΜΜΕ και την Apollon Inc.

Πηγές: