Neinvazīva cukura līmeņa asinīs mērīšanas metode varētu aizstāt pirkstu nospiedumu testus diabēta noteikšanai

Neinvazīva cukura līmeņa asinīs mērīšanas metode varētu aizstāt pirkstu nospiedumu testus diabēta noteikšanai

MIT izstrādātā neinvazīvā metode cukura līmeņa mērīšanai asinīs varētu glābt diabēta pacientus no nepieciešamības vairākas reizes iedurt pirkstus.

MIT komanda izmantoja Ramana spektroskopiju - paņēmienu, kas atklāj audu ķīmisko sastāvu, apstarojot tos ar gandrīz infrasarkano vai redzamo gaismu, lai izstrādātu apavu kastes izmēra ierīci, kas var izmērīt cukura līmeni asinīs bez adatām.

Pārbaudot ar veselu brīvprātīgo, pētnieki atklāja, ka viņu ierīces mērījumi bija līdzīgi tiem, kas iegūti ar komerciāliem nepārtrauktas glikozes uzraudzības sensoriem, kuriem nepieciešams zem ādas implantēt vadu. Lai gan šajā pētījumā piedāvātā ierīce ir pārāk liela, lai to izmantotu kā valkājamu sensoru, pētnieki kopš tā laika ir izstrādājuši valkājamu versiju, ko viņi tagad pārbauda nelielā klīniskajā pētījumā.

Ilgu laiku pirksta kāts bija standarta metode cukura līmeņa mērīšanai asinīs, taču neviens nevēlas iedurt pirkstu katru dienu vairākas reizes dienā. Protams, daudzi diabēta slimnieki pienācīgi neizmēra cukura līmeni asinīs, kas var izraisīt nopietnas komplikācijas. Ja mēs varam ražot neinvazīvu glikozes monitoru ar augstu precizitāti, tad gandrīz katrs diabēta pacients gūs labumu no šīs jaunās tehnoloģijas.

Jeon Woong Kang, MIT pētnieks un pētījuma vadošais autors

MIT pēcdoktorantūras pētniece Arianna Bresci ir jaunā pētījuma vadošā autore, kas šodien parādās žurnālāAnalītiskā ķīmija. Citi autori ir Pīters So, MIT Lāzera biomedicīnas pētījumu centra (LBRC) direktors un MIT bioinženierijas un mašīnbūves profesors, kā arī Youngkyu Kim un Miyeon Jue no Apollon Inc., biotehnoloģijas uzņēmuma Dienvidkorejā.

Neinvazīva glikozes līmeņa mērīšana

Lai gan lielākā daļa cukura diabēta pacientu mēra cukura līmeni asinīs, nolasot asinis un pārbaudot to ar glikometru, daži izmanto valkājamus monitorus, kuru sensors ir ievietots tieši zem ādas. Šie sensori nodrošina nepārtrauktus glikozes mērījumus no intersticiāla šķidruma, bet var izraisīt ādas kairinājumu, un tie ir jānomaina ik pēc 10 līdz 15 dienām.

Cerot izstrādāt valkājamus glikozes monitorus, kas būtu ērtāki pacientiem, MIT LBRC pētnieki ir meklējuši neinvazīvus sensorus, kuru pamatā ir Ramana spektroskopija. Šāda veida spektroskopija atklāj audu vai šūnu ķīmisko sastāvu, analizējot, kā infrasarkanā gaisma tiek izkliedēta vai novirzīta, kad tā saskaras ar dažāda veida molekulām.

2010. gadā LBRC pētnieki parādīja, ka viņi var netieši aprēķināt glikozes līmeni, pamatojoties uz salīdzinājumu starp Ramana signāliem no intersticiālā šķidruma, kas pārklāj ādas šūnas, un glikozes līmeņa asinīs atsauces mērījumu. Lai gan šī pieeja nodrošināja ticamus rādījumus, to nebija praktiski pārsūtīt uz glikozes mērītāju.

Nesen pētnieki ziņoja par izrāvienu, kas ļāva izmērīt glikozes Ramana signālus tieši no ādas. Parasti šis glikozes signāls ir pārāk mazs, lai to atšķirtu no visiem citiem signāliem, ko rada audu molekulas. MIT komanda atrada veidu, kā filtrēt lielu daļu nevēlamā signāla, apgaismojot gandrīz infrasarkano gaismu uz ādas citā leņķī, no kura tā savāca iegūto Ramana signālu.

Pētnieki veica šos mērījumus, izmantojot ierīces, kas ir aptuveni galddatora printera izmēra, un kopš tā laika ir strādājuši, lai vēl vairāk samazinātu ierīces nospiedumu.

Savā jaunajā pētījumā viņi spēja izstrādāt mazāku ierīci, analizējot tikai trīs joslas - spektrālos reģionus, kas atbilst specifiskām molekulārajām iezīmēm - Ramana spektrā.

Parasti Ramana spektrā var būt aptuveni 1000 joslu. Tomēr MIT komanda atklāja, ka viņi var noteikt glikozes līmeni asinīs, mērot tikai trīs joslas - vienu no glikozes un diviem fona mērījumiem. Šī pieeja ļāva pētniekiem samazināt nepieciešamā aprīkojuma daudzumu un izmaksas un veikt mērījumus, izmantojot lētu ierīci, kas ir apavu kastes izmēra.

"Ja neņemam visu spektru, kurā ir daudz liekas informācijas, mēs ierobežojam sevi ar trim atlasītajām joslām no aptuveni 1000," saka Bresci. "Šī jaunā pieeja ļauj mums modificēt komponentus, ko parasti izmanto Ramana ierīcēs, ietaupot vietu, laiku un izmaksas."

Ceļā uz valkājamu sensoru

Klīniskajā pētījumā, kas tika veikts MIT Klīniskās tulkošanas pētījumu centrā (CCTR), pētnieki izmantoja jauno ierīci, lai četru stundu laikā veiktu mērījumus veselam brīvprātīgajam. Kad subjekts uzlika roku uz ierīces, gandrīz infrasarkanais stars spīdēja caur nelielu stikla lodziņu uz ādu, lai veiktu mērījumu.

Katrs mērījums ilgst nedaudz vairāk par 30 sekundēm, un pētnieki veica jaunu mērījumu ik pēc piecām minūtēm.

Pētījuma laikā subjekts patērēja divus 75 gramus glikozes dzērienus, kas ļāva pētniekiem uzraudzīt būtiskas cukura koncentrācijas izmaiņas asinīs. Viņi atklāja, ka uz Ramana balstītajai ierīcei bija līdzīga precizitāte kā diviem komerciāli pieejamiem invazīviem glikozes monitoriem, ko valkāja subjekts.

Kopš šī pētījuma pabeigšanas pētnieki ir izstrādājuši mazāku prototipu, apmēram iPhone izmēra, ko viņi pašlaik testē MIT CCTR kā valkājamu monitoru veseliem un pirmsdiabēta brīvprātīgajiem. Nākamajā gadā viņi plāno veikt lielāku pētījumu, iesaistot cilvēkus ar cukura diabētu sadarbībā ar vietējo slimnīcu.

Pētnieki arī strādā, lai padarītu ierīci vēl mazāku, apmēram pulksteņa izmēru. Turklāt viņi meklē veidus, kā nodrošināt, ka ierīce var iegūt precīzus rādījumus no cilvēkiem ar dažādu ādas toni.

Pētījumu finansēja Nacionālie veselības institūti, Korejas Tehnoloģiju un informācijas veicināšanas aģentūra MVU un Apollon Inc.

Avoti: