O metodă non-invazivă de măsurare a zahărului din sânge ar putea înlocui testele de amprentă pentru diabet

O metodă non-invazivă de măsurare a zahărului din sânge ar putea înlocui testele de amprentă pentru diabet

O metodă non-invazivă pentru măsurarea nivelului de zahăr din sânge dezvoltată la MIT ar putea salva pacienții cu diabet zaharat de a fi nevoiți să-și înțepe degetele de mai multe ori.

Echipa MIT a folosit spectroscopia Raman - o tehnică care dezvăluie compoziția chimică a țesuturilor prin iradierea lor cu lumină vizibilă sau în infraroșu apropiat - pentru a dezvolta un dispozitiv de dimensiunea unei cutii de pantofi care poate măsura nivelul zahărului din sânge fără ace.

Când au fost testați pe un voluntar sănătos, cercetătorii au descoperit că măsurătorile dispozitivului lor erau similare cu cele obținute cu senzori comerciali de monitorizare continuă a glucozei, care necesită implantarea unui fir sub piele. În timp ce dispozitivul prezentat în acest studiu este prea mare pentru a fi folosit ca senzor purtabil, cercetătorii au dezvoltat de atunci o versiune purtabilă pe care o testează acum într-un mic studiu clinic.

Multă vreme, pipița a fost metoda standard pentru măsurarea zahărului din sânge, dar nimeni nu vrea să-și înțepe degetul în fiecare zi, de mai multe ori pe zi. Desigur, mulți diabetici nu își măsoară în mod adecvat nivelul zahărului din sânge, ceea ce poate duce la complicații grave. Dacă putem produce un monitor de glucoză neinvaziv cu precizie ridicată, atunci aproape fiecare pacient diabetic va beneficia de această nouă tehnologie.”

Jeon Woong Kang, cercetător MIT și autor principal al studiului

Cercetătoarea postdoctorală MIT Arianna Bresci este autorul principal al noului studiu, care apare astăzi în jurnal.Chimie analitică. Alți autori includ Peter So, director al MIT Laser Biomedical Research Center (LBRC) și profesor MIT de bioinginerie și inginerie mecanică, și Youngkyu Kim și Miyeon Jue de la Apollon Inc., o companie de biotehnologie cu sediul în Coreea de Sud.

Măsurarea neinvazivă a glucozei

În timp ce majoritatea pacienților cu diabet își măsoară nivelul de zahăr din sânge prin extragerea sângelui și testarea acestuia cu un glucometru, unii folosesc monitoare portabile al căror senzor este introdus chiar sub piele. Acești senzori oferă măsurători continue de glucoză din lichidul interstițial, dar pot provoca iritații ale pielii și trebuie înlocuiți la fiecare 10 până la 15 zile.

În speranța de a dezvolta monitoare de glucoză care să fie mai confortabile pentru pacienți, cercetătorii de la MIT LBRC au urmărit senzori neinvazivi bazați pe spectroscopie Raman. Acest tip de spectroscopie dezvăluie compoziția chimică a țesutului sau a celulelor prin analizarea modului în care lumina infraroșie apropiată este împrăștiată sau deviată atunci când lovește diferite tipuri de molecule.

În 2010, cercetătorii de la LBRC au arătat că pot calcula nivelurile de glucoză în mod indirect, pe baza unei comparații între semnalele Raman de la lichidul interstițial care acoperă celulele pielii și o măsurare de referință a nivelurilor de glucoză din sânge. Deși această abordare a produs citiri fiabile, nu a fost practică pentru transferul la un glucometru.

Recent, cercetătorii au raportat o descoperire care le-a permis să măsoare semnalele Raman de glucoză direct de pe piele. În mod normal, acest semnal de glucoză este prea mic pentru a fi distins de toate celelalte semnale produse de moleculele din țesut. Echipa MIT a găsit o modalitate de a filtra o mare parte a semnalului nedorit prin strălucirea luminii aproape infraroșii pe piele sub un unghi diferit, din care a colectat semnalul Raman rezultat.

Cercetătorii au făcut aceste măsurători folosind dispozitive de dimensiunea unei imprimante desktop și de atunci au lucrat pentru a reduce în continuare amprenta dispozitivului.

În noul lor studiu, ei au reușit să dezvolte un dispozitiv mai mic analizând doar trei benzi - regiuni spectrale care corespund unor caracteristici moleculare specifice - în spectrul Raman.

De obicei, un spectru Raman poate conține aproximativ 1.000 de benzi. Cu toate acestea, echipa MIT a descoperit că ar putea determina nivelurile de glucoză din sânge măsurând doar trei benzi - una de la glucoză plus două măsurători de fond. Această abordare a permis cercetătorilor să reducă cantitatea și costul echipamentului necesar și să efectueze măsurătorile folosind un dispozitiv ieftin de dimensiunea unei cutii de pantofi.

„Renunțând la captarea întregului spectru, care conține o mulțime de informații redundante, ne limităm la trei benzi selectate din aproximativ 1.000”, spune Bresci. „Această nouă abordare ne permite să modificăm componentele utilizate în mod obișnuit în dispozitivele bazate pe Raman, economisind spațiu, timp și costuri.”

Spre un senzor purtabil

Într-un studiu clinic efectuat la Centrul MIT pentru Cercetare în Traducere Clinică (CCTR), cercetătorii au folosit noul dispozitiv pentru a efectua măsurători la un voluntar sănătos pe o perioadă de patru ore. În timp ce subiectul și-a așezat brațul pe dispozitiv, o rază în infraroșu apropiat a strălucit printr-o fereastră mică de sticlă pe piele pentru a efectua măsurarea.

Fiecare măsurătoare durează puțin peste 30 de secunde, iar cercetătorii au efectuat o nouă măsurătoare la fiecare cinci minute.

În timpul studiului, subiectul a consumat două băuturi cu glucoză de 75 de grame, ceea ce a permis cercetătorilor să monitorizeze modificări semnificative ale concentrațiilor de zahăr din sânge. Ei au descoperit că dispozitivul bazat pe Raman avea o precizie similară cu cele două monitoare de glucoză invazive disponibile comercial pe care le purta subiectul.

De la finalizarea acestui studiu, cercetătorii au dezvoltat un prototip mai mic, de dimensiunea unui iPhone, pe care îl testează în prezent la MIT CCTR ca monitor purtabil pe voluntari sănătoși și prediabetici. Anul viitor, ei plănuiesc să efectueze un studiu mai amplu care să implice persoane cu diabet, în colaborare cu un spital local.

Cercetătorii lucrează, de asemenea, la a face dispozitivul și mai mic, cam de mărimea unui ceas. În plus, ei caută modalități de a se asigura că dispozitivul poate obține citiri precise de la persoane cu diferite tonuri ale pielii.

Cercetarea a fost finanțată de National Institutes of Health, Agenția Coreeană de Promovare a Tehnologiei și Informației pentru IMM-uri și Apollon Inc.

Surse: