Neinvazinis cukraus kiekio kraujyje matavimo metodas galėtų pakeisti pirštų atspaudų tyrimus dėl diabeto

Neinvazinis cukraus kiekio kraujyje matavimo metodas galėtų pakeisti pirštų atspaudų tyrimus dėl diabeto

MIT sukurtas neinvazinis cukraus kiekio kraujyje matavimo metodas galėtų išgelbėti diabetu sergančius pacientus nuo kelių kartų badyti pirštus.

MIT komanda panaudojo Ramano spektroskopiją – techniką, kuri atskleidžia audinių cheminę sudėtį apšvitinant juos artima infraraudonųjų spindulių ar matoma šviesa – kad sukurtų batų dėžutės dydžio prietaisą, galintį išmatuoti cukraus kiekį kraujyje be adatų.

Išbandę su sveiku savanoriu, mokslininkai nustatė, kad jų prietaiso matavimai buvo panašūs į tuos, kurie buvo gauti naudojant komercinius nuolatinio gliukozės kiekio stebėjimo jutiklius, kuriems reikia implantuoti po oda laidą. Nors šiame tyrime pateiktas prietaisas yra per didelis, kad jį būtų galima naudoti kaip nešiojamąjį jutiklį, mokslininkai nuo tada sukūrė nešiojamą versiją, kurią dabar išbando nedideliame klinikiniame tyrime.

Ilgą laiką pirštų lazdelės buvo standartinis cukraus kiekio kraujyje matavimo metodas, tačiau niekas nenori badyti piršto kiekvieną dieną kelis kartus per dieną. Žinoma, daugelis sergančiųjų cukriniu diabetu nepakankamai matuoja cukraus kiekį kraujyje, o tai gali sukelti rimtų komplikacijų. Jei galime pagaminti neinvazinį gliukozės matuoklį su dideliu tikslumu, tai beveik kiekvienam diabetu sergančiam pacientui bus naudinga ši nauja technologija.

Jeon Woong Kang, MIT tyrėjas ir pagrindinis tyrimo autorius

MIT doktorantūros tyrėja Arianna Bresci yra pagrindinė naujo tyrimo, kuris šiandien pasirodo žurnale, autorė.Analitinė chemija. Kiti autoriai yra Peteris So, MIT lazerinių biomedicininių tyrimų centro (LBRC) direktorius ir MIT bioinžinerijos ir mechaninės inžinerijos profesorius bei Youngkyu Kim ir Miyeon Jue iš Apollon Inc., biotechnologijų bendrovės, įsikūrusios Pietų Korėjoje.

Neinvazinis gliukozės matavimas

Nors dauguma diabetu sergančių pacientų cukraus kiekį kraujyje matuoja imdami kraują ir tirdami jį gliukometru, kai kurie naudoja nešiojamus monitorius, kurių jutiklis įkištas tiesiai po oda. Šie jutikliai nuolat matuoja gliukozės kiekį iš intersticinio skysčio, tačiau gali sudirginti odą, todėl juos reikia keisti kas 10–15 dienų.

Tikėdamiesi sukurti nešiojamus gliukozės monitorius, kurie būtų patogesni pacientams, MIT LBRC mokslininkai ieškojo neinvazinių jutiklių, pagrįstų Ramano spektroskopija. Šio tipo spektroskopija atskleidžia audinių ar ląstelių cheminę sudėtį, analizuodama, kaip artimoji infraraudonoji šviesa yra išsklaidyta arba nukreipta, kai ji patenka į skirtingų tipų molekules.

2010 m. LBRC mokslininkai parodė, kad jie gali netiesiogiai apskaičiuoti gliukozės kiekį, remdamiesi Ramano signalų iš intersticinio skysčio, dengiančio odos ląsteles, palyginimu ir etaloniniu gliukozės kiekio kraujyje matavimu. Nors šis metodas davė patikimus rodmenis, nebuvo praktiškas perkelti į gliukozės matuoklį.

Neseniai mokslininkai pranešė apie proveržį, leidusį išmatuoti gliukozės Ramano signalus tiesiai iš odos. Paprastai šis gliukozės signalas yra per mažas, kad būtų galima atskirti nuo visų kitų signalų, kuriuos gamina audinio molekulės. MIT komanda rado būdą, kaip išfiltruoti didžiąją dalį nepageidaujamo signalo, šviečiant artimą infraraudonąją šviesą ant odos kitu kampu, iš kurio ji surinko gautą Ramano signalą.

Tyrėjai atliko šiuos matavimus naudodami maždaug stalinio spausdintuvo dydžio įrenginius ir nuo to laiko stengėsi dar labiau sumažinti įrenginio pėdsaką.

Naujajame tyrime jie sugebėjo sukurti mažesnį įrenginį, išanalizavę tik tris Ramano spektro juostas – spektrines sritis, atitinkančias specifines molekulines ypatybes.

Paprastai Ramano spektre gali būti apie 1000 juostų. Tačiau MIT komanda nustatė, kad jie gali nustatyti gliukozės kiekį kraujyje matuodami tik tris juostas – vieną iš gliukozės ir du fono matavimus. Šis metodas leido tyrėjams sumažinti reikalingos įrangos kiekį ir kainą bei atlikti matavimus naudojant nebrangų batų dėžės dydžio įrenginį.

„Anksčiau užfiksuodami visą spektrą, kuriame yra daug perteklinės informacijos, apsiribojame trimis pasirinktomis juostomis iš maždaug 1000“, - sako Bresci. „Šis naujas požiūris leidžia modifikuoti komponentus, dažniausiai naudojamus Ramano pagrindu veikiančiuose įrenginiuose, taupant erdvę, laiką ir išlaidas.

Nešiojamo jutiklio link

Klinikiniame tyrime, atliktame MIT klinikinių vertimų tyrimų centre (CCTR), mokslininkai naudojo naują prietaisą sveiko savanorio matavimams per keturias valandas. Kai tiriamasis padėjo ranką ant prietaiso, beveik infraraudonųjų spindulių spindulys nušvito pro mažą stiklinį langelį į odą, kad būtų galima išmatuoti.

Kiekvienas matavimas trunka šiek tiek daugiau nei 30 sekundžių, o tyrėjai kas penkias minutes atliko naują matavimą.

Tyrimo metu tiriamasis vartojo du 75 gramų gliukozės gėrimus, kurie leido mokslininkams stebėti reikšmingus cukraus koncentracijos kraujyje pokyčius. Jie nustatė, kad Ramano pagrindu sukurtas prietaisas buvo panašus į dviejų parduodamų invazinių gliukozės monitorių, kuriuos dėvėjo tiriamasis, tikslumas.

Baigę šį tyrimą, mokslininkai sukūrė mažesnį prototipą, maždaug iPhone dydžio, kurį šiuo metu jie išbando MIT CCTR kaip nešiojamą monitorių sveikiems ir prieš diabetą sergantiems savanoriams. Kitais metais jie planuoja atlikti didesnį tyrimą, kuriame dalyvautų diabetu sergantys žmonės, bendradarbiaudami su vietine ligonine.

Tyrėjai taip pat siekia, kad prietaisas būtų dar mažesnis, maždaug laikrodžio dydžio. Be to, jie ieško būdų, kaip užtikrinti, kad įrenginys galėtų gauti tikslius skirtingų odos atspalvių žmonių rodmenis.

Tyrimą finansavo Nacionaliniai sveikatos institutai, Korėjos technologijų ir informacijos skatinimo agentūra MVĮ ir Apollon Inc.

Šaltiniai: