Un metodo non invasivo per misurare la glicemia potrebbe sostituire i test delle impronte digitali per il diabete

Un metodo non invasivo per misurare la glicemia potrebbe sostituire i test delle impronte digitali per il diabete

Un metodo non invasivo per misurare i livelli di zucchero nel sangue sviluppato al MIT potrebbe evitare ai pazienti diabetici di dover pungersi le dita più volte.

Il team del MIT ha utilizzato la spettroscopia Raman, una tecnica che rivela la composizione chimica dei tessuti irradiandoli con luce visibile o nel vicino infrarosso, per sviluppare un dispositivo delle dimensioni di una scatola da scarpe in grado di misurare i livelli di zucchero nel sangue senza aghi.

Quando sono stati testati su un volontario sano, i ricercatori hanno scoperto che le misurazioni del loro dispositivo erano simili a quelle ottenute con sensori commerciali per il monitoraggio continuo del glucosio, che richiedono un filo da impiantare sotto la pelle. Sebbene il dispositivo presentato in questo studio sia troppo grande per essere utilizzato come sensore indossabile, i ricercatori hanno sviluppato una versione indossabile che stanno ora testando in un piccolo studio clinico.

Per molto tempo, il polpastrello è stato il metodo standard per misurare la glicemia, ma nessuno vuole pungersi il dito ogni giorno, più volte al giorno. Naturalmente molti diabetici non misurano adeguatamente i livelli di zucchero nel sangue, il che può portare a gravi complicazioni. Se riuscissimo a produrre un monitor del glucosio non invasivo con elevata precisione, quasi tutti i pazienti diabetici trarranno beneficio da questa nuova tecnologia”.

Jeon Woong Kang, ricercatore del MIT e autore principale dello studio

La ricercatrice post-dottorato del MIT Arianna Bresci è l'autrice principale del nuovo studio, che appare oggi sulla rivistaChimica analitica. Altri autori includono Peter So, direttore del MIT Laser Biomedical Research Center (LBRC) e professore di bioingegneria e ingegneria meccanica del MIT, e Youngkyu Kim e Miyeon Jue di Apollon Inc., una società di biotecnologia con sede in Corea del Sud.

Misurazione del glucosio non invasiva

Mentre la maggior parte dei pazienti diabetici misura i livelli di zucchero nel sangue prelevando il sangue e testandolo con un glucometro, alcuni utilizzano monitor indossabili il cui sensore è inserito appena sotto la pelle. Questi sensori forniscono misurazioni continue del glucosio dal liquido interstiziale, ma possono causare irritazione alla pelle e devono essere sostituiti ogni 10-15 giorni.

Nella speranza di sviluppare monitor del glucosio indossabili che siano più comodi per i pazienti, i ricercatori del LBRC del MIT hanno perseguito sensori non invasivi basati sulla spettroscopia Raman. Questo tipo di spettroscopia rivela la composizione chimica dei tessuti o delle cellule analizzando il modo in cui la luce del vicino infrarosso viene diffusa o deviata quando colpisce diversi tipi di molecole.

Nel 2010, i ricercatori della LBRC hanno dimostrato di poter calcolare indirettamente i livelli di glucosio, sulla base di un confronto tra i segnali Raman provenienti dal fluido interstiziale che riveste le cellule della pelle e una misurazione di riferimento dei livelli di glucosio nel sangue. Sebbene questo approccio producesse letture affidabili, non era pratico da trasferire a un glucometro.

Recentemente, i ricercatori hanno segnalato una svolta che ha permesso loro di misurare i segnali Raman del glucosio direttamente dalla pelle. Normalmente, questo segnale del glucosio è troppo piccolo per essere distinto da tutti gli altri segnali prodotti dalle molecole nel tessuto. Il team del MIT ha trovato un modo per filtrare gran parte del segnale indesiderato puntando la luce del vicino infrarosso sulla pelle con un'angolazione diversa, da cui ha raccolto il segnale Raman risultante.

I ricercatori hanno effettuato queste misurazioni utilizzando dispositivi delle dimensioni di una stampante desktop e da allora hanno lavorato per ridurre ulteriormente l'ingombro del dispositivo.

Nel loro nuovo studio, sono stati in grado di sviluppare un dispositivo più piccolo analizzando solo tre bande – regioni spettrali che corrispondono a specifiche caratteristiche molecolari – nello spettro Raman.

Tipicamente uno spettro Raman può contenere circa 1.000 bande. Tuttavia, il team del MIT ha scoperto che potevano determinare i livelli di glucosio nel sangue misurando solo tre bande: una del glucosio più due misurazioni di fondo. Questo approccio ha consentito ai ricercatori di ridurre la quantità e il costo delle attrezzature necessarie e di eseguire la misurazione utilizzando un dispositivo poco costoso delle dimensioni di una scatola da scarpe.

"Rinunciando a catturare l'intero spettro, che contiene molte informazioni ridondanti, ci limitiamo a tre bande selezionate su circa 1.000", afferma Bresci. “Questo nuovo approccio ci consente di modificare i componenti comunemente utilizzati nei dispositivi basati su Raman, risparmiando spazio, tempo e costi”.

Verso un sensore indossabile

In uno studio clinico condotto presso il Centro del MIT per la ricerca clinica sulla traduzione (CCTR), i ricercatori hanno utilizzato il nuovo dispositivo per effettuare misurazioni su un volontario sano per un periodo di quattro ore. Mentre il soggetto posizionava il braccio sul dispositivo, un raggio nel vicino infrarosso veniva irradiato attraverso una piccola finestra di vetro sulla pelle per effettuare la misurazione.

Ogni misurazione dura poco più di 30 secondi e i ricercatori hanno effettuato una nuova misurazione ogni cinque minuti.

Durante lo studio, il soggetto ha consumato due bevande a base di glucosio da 75 grammi, che hanno permesso ai ricercatori di monitorare cambiamenti significativi nelle concentrazioni di zucchero nel sangue. Hanno scoperto che il dispositivo basato su Raman aveva una precisione simile a quella di due monitor del glucosio invasivi disponibili in commercio indossati dal soggetto.

Dopo aver completato questo studio, i ricercatori hanno sviluppato un prototipo più piccolo, delle dimensioni di un iPhone, che stanno attualmente testando al MIT CCTR come monitor indossabile su volontari sani e pre-diabetici. L’anno prossimo, hanno in programma di condurre uno studio più ampio che coinvolga persone con diabete in collaborazione con un ospedale locale.

I ricercatori stanno anche lavorando per rendere il dispositivo ancora più piccolo, delle dimensioni di un orologio. Inoltre, stanno cercando modi per garantire che il dispositivo possa ottenere letture accurate da persone con tonalità della pelle diverse.

La ricerca è stata finanziata dal National Institutes of Health, dall’Agenzia coreana per la promozione della tecnologia e dell’informazione per le PMI e dall’Apollon Inc.

Fonti: