Neinvazívna metóda na meranie hladiny cukru v krvi by mohla nahradiť testy odtlačkov prstov na cukrovku

Neinvazívna metóda na meranie hladiny cukru v krvi by mohla nahradiť testy odtlačkov prstov na cukrovku

Neinvazívna metóda na meranie hladín cukru v krvi vyvinutá na MIT by mohla uchrániť pacientov s cukrovkou pred opakovaným pichaním do prstov.

Tím MIT použil Ramanovu spektroskopiu – techniku, ktorá odhaľuje chemické zloženie tkanív ich ožiarením blízkym infračerveným alebo viditeľným svetlom – na vývoj zariadenia veľkosti krabice od topánok, ktoré dokáže merať hladinu cukru v krvi bez ihiel.

Pri testovaní na zdravom dobrovoľníkovi výskumníci zistili, že merania ich zariadenia boli podobné tým, ktoré boli získané pomocou komerčných senzorov na kontinuálne monitorovanie glukózy, ktoré vyžadujú implantáciu drôtu pod kožu. Zatiaľ čo zariadenie prezentované v tejto štúdii je príliš veľké na to, aby sa dalo použiť ako nositeľný senzor, výskumníci odvtedy vyvinuli nositeľnú verziu, ktorú teraz testujú v malej klinickej štúdii.

Po dlhú dobu bola palička štandardnou metódou na meranie hladiny cukru v krvi, ale nikto nechce pichnúť do prsta každý deň, niekoľkokrát denne. Samozrejme, veľa diabetikov si nemeria hladinu cukru v krvi adekvátne, čo môže viesť k vážnym komplikáciám. Ak dokážeme vyrobiť neinvazívny monitor glukózy s vysokou presnosťou, potom bude z tejto novej technológie ťažiť takmer každý pacient s cukrovkou.“

Jeon Woong Kang, výskumník MIT a hlavný autor štúdie

Postdoktorandská výskumníčka MIT Arianna Bresci je hlavnou autorkou novej štúdie, ktorá sa dnes objavuje v časopise.Analytická chémia. Ďalšími autormi sú Peter So, riaditeľ MIT Laser Biomedical Research Center (LBRC) a MIT profesor bioinžinierstva a strojárstva, a Youngkyu Kim a Miyeon Jue z Apollon Inc., biotechnologickej spoločnosti so sídlom v Južnej Kórei.

Neinvazívne meranie glukózy

Zatiaľ čo väčšina pacientov s cukrovkou si meria hladinu cukru v krvi odberom krvi a jej testovaním pomocou glukomera, niektorí používajú nositeľné monitory, ktorých senzor je vložený tesne pod kožu. Tieto senzory poskytujú nepretržité meranie glukózy z intersticiálnej tekutiny, ale môžu spôsobiť podráždenie pokožky a musia sa každých 10 až 15 dní vymieňať.

V nádeji, že vyvinú nositeľné glukózové monitory, ktoré by boli pre pacientov pohodlnejšie, výskumníci z LBRC MIT hľadali neinvazívne senzory založené na Ramanovej spektroskopii. Tento typ spektroskopie odhaľuje chemické zloženie tkaniva alebo buniek analýzou toho, ako je blízke infračervené svetlo rozptýlené alebo odklonené, keď zasiahne rôzne typy molekúl.

V roku 2010 výskumníci z LBRC ukázali, že dokážu vypočítať hladiny glukózy nepriamo, na základe porovnania medzi Ramanovými signálmi z intersticiálnej tekutiny, ktorá pokrýva kožné bunky, a referenčným meraním hladín glukózy v krvi. Aj keď tento prístup poskytoval spoľahlivé údaje, nebol praktický na prenos na glukomer.

Nedávno vedci oznámili prelom, ktorý im umožnil merať glukózové Ramanove signály priamo z kože. Normálne je tento glukózový signál príliš malý na to, aby sa dal odlíšiť od všetkých ostatných signálov produkovaných molekulami v tkanive. Tím MIT našiel spôsob, ako odfiltrovať veľkú časť nežiaduceho signálu žiarením blízkeho infračerveného svetla na kožu pod iným uhlom, z ktorého zbieral výsledný Ramanov signál.

Výskumníci vykonali tieto merania pomocou zariadení o veľkosti stolnej tlačiarne a odvtedy pracujú na ďalšom znížení plochy zariadenia.

Vo svojej novej štúdii boli schopní vyvinúť menšie zariadenie analýzou iba troch pásov - spektrálnych oblastí, ktoré zodpovedajú špecifickým molekulárnym vlastnostiam - v Ramanovom spektre.

Typicky môže Ramanove spektrum obsahovať okolo 1000 pásiem. Tím MIT však zistil, že môžu určiť hladinu glukózy v krvi meraním iba troch pásiem - jedného z glukózy plus dvoch meraní pozadia. Tento prístup umožnil výskumníkom znížiť množstvo a náklady na potrebné vybavenie a vykonať meranie pomocou lacného zariadenia s veľkosťou krabice od topánok.

„Tým, že sa zriekneme zachytávania celého spektra, ktoré obsahuje veľa nadbytočných informácií, obmedzujeme sa na tri vybrané pásma z približne 1 000,“ hovorí Bresci. "Tento nový prístup nám umožňuje upravovať komponenty bežne používané v zariadeniach založených na Ramane, čím šetríme priestor, čas a náklady."

Smerom k nositeľnému senzoru

V klinickej štúdii uskutočnenej v Centre pre výskum klinického prekladu (CCTR) MIT vedci použili nové zariadenie na meranie u zdravého dobrovoľníka počas štyroch hodín. Keď subjekt položil ruku na zariadenie, cez malé sklenené okienko presvital na kožu blízky infračervený lúč, aby vykonal meranie.

Každé meranie trvá niečo málo cez 30 sekúnd a výskumníci robili nové meranie každých päť minút.

Počas štúdie subjekt konzumoval dva 75-gramové glukózové nápoje, čo umožnilo výskumníkom sledovať významné zmeny koncentrácie cukru v krvi. Zistili, že zariadenie založené na Ramanovi malo podobnú presnosť ako dva komerčne dostupné invazívne monitory glukózy, ktoré subjekt nosil.

Od dokončenia tejto štúdie výskumníci vyvinuli menší prototyp, veľký približne ako iPhone, ktorý v súčasnosti testujú na MIT CCTR ako nositeľný monitor na zdravých dobrovoľníkoch a dobrovoľníkoch s prediabetom. Budúci rok plánujú v spolupráci s miestnou nemocnicou uskutočniť väčšiu štúdiu zahŕňajúcu ľudí s cukrovkou.

Výskumníci tiež pracujú na tom, aby bolo zariadenie ešte menšie, veľké približne ako hodinky. Okrem toho hľadajú spôsoby, ako zabezpečiť, aby zariadenie mohlo získať presné údaje od ľudí s rôznymi odtieňmi pleti.

Výskum financovali National Institutes of Health, Kórejská agentúra na podporu technológií a informácií pre MSP a Apollon Inc.

Zdroje: