En ikke-invasiv metode for å måle blodsukker kan erstatte fingeravtrykkstester for diabetes

En ikke-invasiv metode for å måle blodsukker kan erstatte fingeravtrykkstester for diabetes

En ikke-invasiv metode for å måle blodsukkernivået utviklet ved MIT kan redde diabetespasienter fra å måtte stikke fingrene flere ganger.

MIT-teamet brukte Raman-spektroskopi - en teknikk som avslører den kjemiske sammensetningen av vev ved å bestråle dem med nær-infrarødt eller synlig lys - for å utvikle en enhet på størrelse med skoeske som kan måle blodsukkernivået uten nåler.

Da de ble testet på en frisk frivillig, fant forskerne at enhetens målinger var lik de som ble oppnådd med kommersielle sensorer for kontinuerlig glukoseovervåking, som krever at en ledning implanteres under huden. Mens enheten presentert i denne studien er for stor til å brukes som en bærbar sensor, har forskerne siden utviklet en bærbar versjon som de nå tester i en liten klinisk studie.

Fingerstikken var lenge standardmetoden for å måle blodsukkeret, men ingen ønsker å stikke fingeren hver dag, flere ganger om dagen. Selvfølgelig måler mange diabetikere ikke blodsukkernivået tilstrekkelig, noe som kan føre til alvorlige komplikasjoner. Hvis vi kan produsere en ikke-invasiv glukosemonitor med høy nøyaktighet, vil nesten alle diabetikere dra nytte av denne nye teknologien."

Jeon Woong Kang, MIT-forsker og hovedforfatter av studien

MIT postdoktor Arianna Bresci er hovedforfatter av den nye studien, som vises i tidsskriftet i dagAnalytisk kjemi. Andre forfattere inkluderer Peter So, direktør for MIT Laser Biomedical Research Center (LBRC) og MIT-professor i bioteknikk og maskinteknikk, og Youngkyu Kim og Miyeon Jue fra Apollon Inc., et bioteknologiselskap basert i Sør-Korea.

Ikke-invasiv glukosemåling

Mens de fleste diabetespasienter måler blodsukkernivået ved å ta ut blod og teste det med et glukosemeter, bruker noen bærbare monitorer hvis sensor er satt inn rett under huden. Disse sensorene gir kontinuerlige glukosemålinger fra interstitialvæsken, men kan forårsake hudirritasjon og må skiftes ut hver 10. til 15. dag.

I håp om å utvikle bærbare glukosemonitorer som ville være mer behagelige for pasienter, har forskere ved MITs LBRC forfulgt ikke-invasive sensorer basert på Raman-spektroskopi. Denne typen spektroskopi avslører den kjemiske sammensetningen av vev eller celler ved å analysere hvordan nær-infrarødt lys spres eller avledes når det treffer forskjellige typer molekyler.

I 2010 viste forskere ved LBRC at de kunne beregne glukosenivåer indirekte, basert på en sammenligning mellom Raman-signaler fra interstitialvæsken som dekker hudceller og en referansemåling av blodsukkernivået. Selv om denne tilnærmingen ga pålitelige avlesninger, var det ikke praktisk å overføre til en glukosemåler.

Nylig rapporterte forskere om et gjennombrudd som gjorde at de kunne måle Raman-glukosesignaler direkte fra huden. Normalt er dette glukosesignalet for lite til å kunne skilles fra alle andre signaler som produseres av molekyler i vevet. MIT-teamet fant en måte å filtrere ut mye av det uønskede signalet ved å skinne nær-infrarødt lys på huden i en annen vinkel, hvorfra det samlet det resulterende Raman-signalet.

Forskerne tok disse målingene ved å bruke enheter på størrelse med en stasjonær skriver og har siden arbeidet med å redusere enhetens fotavtrykk ytterligere.

I sin nye studie var de i stand til å utvikle en mindre enhet ved å analysere bare tre bånd - spektralområder som tilsvarer spesifikke molekylære egenskaper - i Raman-spekteret.

Vanligvis kan et Raman-spektrum inneholde rundt 1000 bånd. Imidlertid fant MIT-teamet at de kunne bestemme blodsukkernivået ved å måle bare tre bånd - ett fra glukose pluss to bakgrunnsmålinger. Denne tilnærmingen gjorde det mulig for forskerne å redusere mengden og kostnadene for nødvendig utstyr og utføre målingen ved hjelp av en rimelig enhet på størrelse med en skoeske.

"Ved å avstå fra å fange hele spekteret, som inneholder mye overflødig informasjon, begrenser vi oss til tre utvalgte bånd av omtrent 1000," sier Bresci. "Denne nye tilnærmingen lar oss modifisere komponentene som vanligvis brukes i Raman-baserte enheter, noe som sparer plass, tid og kostnader."

Mot en bærbar sensor

I en klinisk studie utført ved MIT Center for Clinical Translation Research (CCTR), brukte forskere den nye enheten til å ta målinger hos en frisk frivillig over en firetimers periode. Da forsøkspersonen plasserte armen sin på enheten, skinte en nær-infrarød stråle gjennom et lite glassvindu på huden for å ta målingen.

Hver måling varer litt over 30 sekunder, og forskerne tok en ny måling hvert femte minutt.

Under studien inntok forsøkspersonen to 75-grams glukosedrikker, noe som gjorde det mulig for forskere å overvåke betydelige endringer i blodsukkerkonsentrasjonen. De fant at den Raman-baserte enheten hadde lignende nøyaktighet som to kommersielt tilgjengelige invasive glukosemonitorer som forsøkspersonen hadde på seg.

Siden de fullførte denne studien, har forskere utviklet en mindre prototype, omtrent på størrelse med en iPhone, som de for tiden tester ved MIT CCTR som en bærbar monitor på friske og pre-diabetiske frivillige. Neste år planlegger de å gjennomføre en større studie som involverer personer med diabetes i samarbeid med et lokalsykehus.

Forskerne jobber også med å gjøre enheten enda mindre, omtrent på størrelse med en klokke. I tillegg leter de etter måter å sikre at enheten kan få nøyaktige avlesninger fra personer med forskjellige hudtoner.

Forskningen ble finansiert av National Institutes of Health, Korean Technology and Information Promotion Agency for SMEs og Apollon Inc.

Kilder: