Nieinwazyjna metoda pomiaru poziomu cukru we krwi może zastąpić badanie odcisków palców w kierunku cukrzycy

Nieinwazyjna metoda pomiaru poziomu cukru we krwi może zastąpić badanie odcisków palców w kierunku cukrzycy

Nieinwazyjna metoda pomiaru poziomu cukru we krwi opracowana w MIT może uchronić pacjentów z cukrzycą przed koniecznością wielokrotnego kłucia palców.

Zespół z MIT wykorzystał spektroskopię Ramana – technikę, która ujawnia skład chemiczny tkanek poprzez napromieniowanie ich bliską podczerwienią lub światłem widzialnym – aby opracować urządzenie wielkości pudełka po butach, które może mierzyć poziom cukru we krwi bez igieł.

Testując na zdrowym ochotniku, naukowcy odkryli, że pomiary wykonane przez ich urządzenie były podobne do tych uzyskanych za pomocą dostępnych na rynku czujników do ciągłego monitorowania poziomu glukozy, które wymagają wszczepienia drutu pod skórę. Chociaż urządzenie przedstawione w tym badaniu jest zbyt duże, aby można je było używać jako czujnika do noszenia, badacze opracowali wersję do noszenia, którą obecnie testują w małym badaniu klinicznym.

Przez długi czas opukiwanie palca było standardową metodą pomiaru poziomu cukru we krwi, jednak nikt nie chce kłuć palca codziennie, kilka razy dziennie. Oczywiście wielu diabetyków nie mierzy odpowiednio poziomu cukru we krwi, co może prowadzić do poważnych powikłań. Jeśli uda nam się wyprodukować nieinwazyjny monitor glukozy z dużą dokładnością, prawie każdy pacjent z cukrzycą odniesie korzyści z tej nowej technologii”.

Jeon Woong Kang, badacz z MIT i główny autor badania

Arianna Bresci, badaczka ze stopniem doktora w MIT, jest główną autorką nowego badania, które ukazuje się dzisiaj w czasopiśmieChemia analityczna. Inni autorzy to Peter So, dyrektor Centrum Badań Biomedycznych Laserów Biomedycznych MIT (LBRC) i profesor bioinżynierii i inżynierii mechanicznej na MIT, a także Youngkyu Kim i Miyeon Jue z Apollon Inc., firmy biotechnologicznej z siedzibą w Korei Południowej.

Nieinwazyjny pomiar glukozy

Podczas gdy większość pacjentów z cukrzycą mierzy poziom cukru we krwi, pobierając krew i badając ją za pomocą glukometru, niektórzy korzystają z przenośnych monitorów, których czujnik umieszcza się tuż pod skórą. Czujniki te zapewniają ciągły pomiar poziomu glukozy w płynie śródmiąższowym, ale mogą powodować podrażnienie skóry i należy je wymieniać co 10–15 dni.

Mając nadzieję na opracowanie przenośnych monitorów glukozy, które byłyby wygodniejsze dla pacjentów, naukowcy z LBRC przy MIT poszukiwali nieinwazyjnych czujników opartych na spektroskopii Ramana. Ten rodzaj spektroskopii ujawnia skład chemiczny tkanki lub komórek poprzez analizę sposobu, w jaki światło bliskiej podczerwieni jest rozpraszane lub odchylane, gdy uderza w różne typy cząsteczek.

W 2010 roku badacze z LBRC wykazali, że mogą obliczyć poziom glukozy w sposób pośredni, w oparciu o porównanie sygnałów Ramana z płynu śródmiąższowego pokrywającego komórki skóry z referencyjnym pomiarem poziomu glukozy we krwi. Chociaż takie podejście zapewniało wiarygodne odczyty, nie było praktyczne w przypadku przeniesienia wyników na glukometr.

Niedawno naukowcy ogłosili przełom, który pozwolił im mierzyć sygnały Ramana glukozy bezpośrednio ze skóry. Zwykle ten sygnał glukozy jest zbyt mały, aby można go było odróżnić od wszystkich innych sygnałów wytwarzanych przez cząsteczki w tkance. Zespół z MIT znalazł sposób na odfiltrowanie większości niepożądanych sygnałów poprzez świecenie na skórę światła bliskiej podczerwieni pod innym kątem, skąd zebrał powstały sygnał Ramana.

Naukowcy dokonali tych pomiarów przy użyciu urządzeń wielkości mniej więcej drukarki stacjonarnej i od tego czasu pracowali nad dalszym zmniejszeniem powierzchni zajmowanej przez urządzenie.

W nowym badaniu udało im się opracować mniejsze urządzenie, analizując zaledwie trzy pasma – obszary widmowe odpowiadające konkretnym cechom molekularnym – w widmie Ramana.

Zazwyczaj widmo Ramana może zawierać około 1000 pasm. Jednak zespół MIT odkrył, że może określić poziom glukozy we krwi, mierząc zaledwie trzy pasma – jeden na podstawie glukozy i dwa pomiary tła. Takie podejście pozwoliło naukowcom zmniejszyć ilość i koszt potrzebnego sprzętu oraz przeprowadzić pomiary przy użyciu niedrogiego urządzenia wielkości pudełka po butach.

„Rezygnując z przechwytywania całego widma, które zawiera wiele zbędnych informacji, ograniczamy się do trzech wybranych pasm z około 1000” – mówi Bresci. „To nowe podejście pozwala nam modyfikować komponenty powszechnie stosowane w urządzeniach opartych na technologii Ramana, oszczędzając miejsce, czas i koszty”.

W stronę czujnika do noszenia

W badaniu klinicznym przeprowadzonym w Centrum Badań nad Tłumaczeniami Klinicznym (CCTR) MIT naukowcy wykorzystali nowe urządzenie do wykonywania pomiarów u zdrowego ochotnika przez okres czterech godzin. Gdy osoba badana położyła rękę na urządzeniu, wiązka bliskiej podczerwieni skierowała się przez małe szklane okienko na skórę w celu dokonania pomiaru.

Każdy pomiar trwa nieco ponad 30 sekund, a badacze wykonywali nowy pomiar co pięć minut.

W trakcie badania osoba badana spożyła dwa 75-gramowe napoje glukozowe, co pozwoliło badaczom monitorować istotne zmiany stężenia cukru we krwi. Ustalili, że urządzenie oparte na technologii Ramana miało podobną dokładność jak dwa dostępne na rynku inwazyjne monitory glukozy, które nosił badany.

Od czasu zakończenia tego badania badacze opracowali mniejszy prototyp, mniej więcej wielkości iPhone'a, który obecnie testują w MIT CCTR jako monitor do noszenia na zdrowych ochotnikach i w stanie przedcukrzycowym. W przyszłym roku planują przeprowadzić większe badanie z udziałem osób chorych na cukrzycę we współpracy z lokalnym szpitalem.

Naukowcy pracują również nad jeszcze mniejszymi rozmiarami urządzenia, mniej więcej wielkości zegarka. Ponadto szukają sposobów, aby zapewnić, że urządzenie będzie mogło uzyskać dokładne odczyty od osób o różnych odcieniach skóry.

Badanie zostało sfinansowane przez Narodowy Instytut Zdrowia, Koreańską Agencję Promocji Technologii i Informacji dla MŚP oraz firmę Apollon Inc.

Źródła: