Een niet-invasieve methode voor het meten van de bloedsuikerspiegel zou vingerafdruktests voor diabetes kunnen vervangen

Een niet-invasieve methode voor het meten van de bloedsuikerspiegel zou vingerafdruktests voor diabetes kunnen vervangen

Een aan het MIT ontwikkelde niet-invasieve methode voor het meten van de bloedsuikerspiegel zou kunnen voorkomen dat diabetespatiënten meerdere keren in hun vingers moeten prikken.

Het MIT-team gebruikte Raman-spectroscopie – een techniek die de chemische samenstelling van weefsels onthult door ze te bestralen met nabij-infrarood of zichtbaar licht – om een ​​apparaat ter grootte van een schoenendoos te ontwikkelen dat de bloedsuikerspiegel zonder naalden kan meten.

Toen ze werden getest op een gezonde vrijwilliger, ontdekten de onderzoekers dat de metingen van hun apparaat vergelijkbaar waren met die verkregen met commerciële sensoren voor continue glucosemonitoring, waarvoor een draad onder de huid moet worden geïmplanteerd. Hoewel het apparaat dat in dit onderzoek wordt gepresenteerd te groot is om als draagbare sensor te worden gebruikt, hebben de onderzoekers sindsdien een draagbare versie ontwikkeld die ze nu in een kleine klinische proef testen.

Lange tijd was de vingerprik de standaardmethode voor het meten van de bloedsuikerspiegel, maar niemand wil elke dag meerdere keren per dag in zijn vinger prikken. Uiteraard meten veel diabetici hun bloedsuikerspiegel niet adequaat, wat tot ernstige complicaties kan leiden. Als we een niet-invasieve glucosemonitor met hoge nauwkeurigheid kunnen produceren, zal vrijwel elke diabetespatiënt profiteren van deze nieuwe technologie.”

Jeon Woong Kang, MIT-onderzoeker en hoofdauteur van het onderzoek

MIT postdoctoraal onderzoeker Arianna Bresci is de hoofdauteur van de nieuwe studie, die vandaag in het tijdschrift verschijntAnalytische chemie. Andere auteurs zijn onder meer Peter So, directeur van het MIT Laser Biomedical Research Center (LBRC) en MIT-professor bio-engineering en werktuigbouwkunde, en Youngkyu Kim en Miyeon Jue van Apollon Inc., een biotechnologiebedrijf gevestigd in Zuid-Korea.

Niet-invasieve glucosemeting

Terwijl de meeste diabetespatiënten hun bloedsuikerspiegel meten door bloed af te nemen en dit te testen met een glucometer, gebruiken sommigen draagbare monitoren waarvan de sensor vlak onder de huid wordt ingebracht. Deze sensoren zorgen voor continue glucosemetingen uit de interstitiële vloeistof, maar kunnen huidirritatie veroorzaken en moeten elke 10 tot 15 dagen worden vervangen.

In de hoop draagbare glucosemeters te ontwikkelen die comfortabeler zouden zijn voor patiënten, hebben onderzoekers van MIT's LBRC gezocht naar niet-invasieve sensoren op basis van Raman-spectroscopie. Dit type spectroscopie onthult de chemische samenstelling van weefsel of cellen door te analyseren hoe nabij-infraroodlicht wordt verstrooid of afgebogen wanneer het verschillende soorten moleculen raakt.

In 2010 toonden onderzoekers van de LBRC aan dat ze de glucosespiegels indirect konden berekenen, op basis van een vergelijking tussen Raman-signalen van de interstitiële vloeistof die de huidcellen omhult en een referentiemeting van de bloedglucosespiegels. Hoewel deze aanpak betrouwbare metingen opleverde, was het niet praktisch om over te stappen op een glucosemeter.

Onlangs rapporteerden onderzoekers een doorbraak waardoor ze Raman-glucosesignalen rechtstreeks vanaf de huid konden meten. Normaal gesproken is dit glucosesignaal te klein om te worden onderscheiden van alle andere signalen die door moleculen in het weefsel worden geproduceerd. Het MIT-team vond een manier om een ​​groot deel van het ongewenste signaal weg te filteren door nabij-infraroodlicht vanuit een andere hoek op de huid te laten schijnen, van waaruit het resulterende Raman-signaal werd opgevangen.

De onderzoekers voerden deze metingen uit met apparaten ter grootte van een desktopprinter en hebben sindsdien gewerkt aan het verder verkleinen van de voetafdruk van het apparaat.

In hun nieuwe onderzoek konden ze een kleiner apparaat ontwikkelen door slechts drie banden – spectrale gebieden die overeenkomen met specifieke moleculaire kenmerken – in het Raman-spectrum te analyseren.

Typisch kan een Raman-spectrum ongeveer 1.000 banden bevatten. Het MIT-team ontdekte echter dat ze de bloedsuikerspiegel konden bepalen door slechts drie banden te meten: één uit glucose plus twee achtergrondmetingen. Dankzij deze aanpak konden de onderzoekers de hoeveelheid en de kosten van de benodigde apparatuur verlagen en de meting uitvoeren met een goedkoop apparaat ter grootte van een schoenendoos.

“Door af te zien van het vastleggen van het hele spectrum, dat veel overtollige informatie bevat, beperken we ons tot drie geselecteerde banden van de ongeveer 1.000”, zegt Bresci. “Deze nieuwe aanpak stelt ons in staat de componenten die vaak worden gebruikt in op Raman gebaseerde apparaten aan te passen, waardoor ruimte, tijd en kosten worden bespaard.”

Op weg naar een draagbare sensor

In een klinische proef uitgevoerd bij het MIT Center for Clinical Translation Research (CCTR) gebruikten onderzoekers het nieuwe apparaat om gedurende een periode van vier uur metingen uit te voeren bij een gezonde vrijwilliger. Terwijl de proefpersoon zijn arm op het apparaat plaatste, scheen een nabij-infraroodstraal door een klein glazen venster op de huid om de meting uit te voeren.

Elke meting duurt iets meer dan 30 seconden en de onderzoekers deden elke vijf minuten een nieuwe meting.

Tijdens het onderzoek dronk de proefpersoon twee glucosedranken van 75 gram, waardoor onderzoekers significante veranderingen in de bloedsuikerspiegel konden volgen. Ze ontdekten dat het op Raman gebaseerde apparaat een vergelijkbare nauwkeurigheid had als twee in de handel verkrijgbare invasieve glucosemeters die de proefpersoon droeg.

Sinds de voltooiing van dit onderzoek hebben onderzoekers een kleiner prototype ontwikkeld, ongeveer zo groot als een iPhone, dat ze momenteel bij MIT CCTR testen als draagbare monitor op gezonde vrijwilligers en pre-diabetische vrijwilligers. Volgend jaar zijn ze van plan om in samenwerking met een plaatselijk ziekenhuis een groter onderzoek uit te voeren onder mensen met diabetes.

De onderzoekers werken er ook aan om het apparaat nog kleiner te maken, ongeveer zo groot als een horloge. Bovendien zoeken ze naar manieren om ervoor te zorgen dat het apparaat nauwkeurige metingen kan ontvangen van mensen met verschillende huidtinten.

Het onderzoek werd gefinancierd door de National Institutes of Health, het Koreaanse Technology and Information Promotion Agency for MKB en Apollon Inc.

Bronnen: