En icke-invasiv metod för att mäta blodsocker skulle kunna ersätta fingeravtryckstester för diabetes

En icke-invasiv metod för att mäta blodsocker skulle kunna ersätta fingeravtryckstester för diabetes

En icke-invasiv metod för att mäta blodsockernivåer utvecklad vid MIT skulle kunna rädda diabetespatienter från att behöva sticka sina fingrar flera gånger.

MIT-teamet använde Raman-spektroskopi - en teknik som avslöjar den kemiska sammansättningen av vävnader genom att bestråla dem med nära-infrarött eller synligt ljus - för att utveckla en skokartongsstorlek som kan mäta blodsockernivåer utan nålar.

När de testades på en frisk frivillig, fann forskarna att deras enhets mätningar liknade de som erhölls med kommersiella sensorer för kontinuerlig glukosövervakning, som kräver att en tråd implanteras under huden. Medan enheten som presenteras i denna studie är för stor för att användas som en bärbar sensor, har forskarna sedan dess utvecklat en bärbar version som de nu testar i en liten klinisk prövning.

Länge var fingerpinnen standardmetoden för att mäta blodsocker, men ingen vill sticka fingret varje dag, flera gånger om dagen. Naturligtvis mäter många diabetiker inte sina blodsockernivåer tillräckligt, vilket kan leda till allvarliga komplikationer. Om vi ​​kan producera en icke-invasiv glukosmätare med hög noggrannhet, kommer nästan varje diabetespatient att dra nytta av den här nya tekniken."

Jeon Woong Kang, MIT-forskare och huvudförfattare till studien

MIT postdoktorala forskare Arianna Bresci är huvudförfattare till den nya studien, som visas i tidskriften idagAnalytisk kemi. Andra författare inkluderar Peter So, chef för MIT Laser Biomedical Research Center (LBRC) och MIT professor i bioteknik och maskinteknik, och Youngkyu Kim och Miyeon Jue från Apollon Inc., ett bioteknikföretag baserat i Sydkorea.

Icke-invasiv glukosmätning

Medan de flesta diabetespatienter mäter sina blodsockernivåer genom att ta blod och testa det med en glukometer, använder vissa bärbara monitorer vars sensor sätts in precis under huden. Dessa sensorer ger kontinuerliga glukosmätningar från interstitiell vätska, men kan orsaka hudirritation och måste bytas ut var 10:e till 15:e dag.

I hopp om att utveckla bärbara glukosmätare som skulle vara mer bekväma för patienter, har forskare vid MIT:s LBRC eftersträvat icke-invasiva sensorer baserade på Raman-spektroskopi. Denna typ av spektroskopi avslöjar den kemiska sammansättningen av vävnader eller celler genom att analysera hur nära-infrarött ljus sprids eller avböjs när det träffar olika typer av molekyler.

2010 visade forskare vid LBRC att de kunde beräkna glukosnivåer indirekt, baserat på en jämförelse mellan Raman-signaler från interstitiell vätska som täcker hudceller och en referensmätning av blodsockernivåer. Även om detta tillvägagångssätt gav tillförlitliga avläsningar, var det inte praktiskt att överföra till en glukosmätare.

Nyligen rapporterade forskare om ett genombrott som gjorde det möjligt för dem att mäta Raman-glukossignaler direkt från huden. Normalt är denna glukossignal för liten för att kunna särskiljas från alla andra signaler som produceras av molekyler i vävnaden. MIT-teamet hittade ett sätt att filtrera bort mycket av den oönskade signalen genom att skina nära-infrarött ljus på huden i en annan vinkel, från vilken den samlade den resulterande Raman-signalen.

Forskarna gjorde dessa mätningar med hjälp av enheter ungefär lika stora som en stationär skrivare och har sedan dess arbetat för att ytterligare minska enhetens fotavtryck.

I sin nya studie kunde de utveckla en mindre enhet genom att analysera bara tre band - spektrala regioner som motsvarar specifika molekylära egenskaper - i Raman-spektrumet.

Vanligtvis kan ett Raman-spektrum innehålla cirka 1 000 band. Men MIT-teamet fann att de kunde bestämma blodsockernivåer genom att bara mäta tre band - ett från glukos plus två bakgrundsmätningar. Detta tillvägagångssätt gjorde det möjligt för forskarna att minska mängden och kostnaden för utrustning som behövs och utföra mätningen med en billig anordning lika stor som en skokartong.

"Genom att avstå från att fånga hela spektrumet, som innehåller mycket redundant information, begränsar vi oss till tre utvalda band av cirka 1 000", säger Bresci. "Det här nya tillvägagångssättet tillåter oss att modifiera de komponenter som vanligtvis används i Raman-baserade enheter, vilket sparar utrymme, tid och kostnader."

Mot en bärbar sensor

I en klinisk prövning som genomfördes vid MIT Center for Clinical Translation Research (CCTR), använde forskare den nya enheten för att ta mätningar hos en frisk frivillig under en fyratimmarsperiod. När försökspersonen placerade sin arm på enheten lyste en nära-infraröd stråle genom ett litet glasfönster mot huden för att göra mätningen.

Varje mätning varar i drygt 30 sekunder och forskarna gjorde en ny mätning var femte minut.

Under studien konsumerade försökspersonen två 75-grams glukosdrycker, vilket gjorde det möjligt för forskare att övervaka betydande förändringar i blodsockerkoncentrationer. De fann att den Raman-baserade enheten hade liknande noggrannhet som två kommersiellt tillgängliga invasiva glukosmätare som försökspersonen bar.

Sedan de avslutade denna studie har forskare utvecklat en mindre prototyp, ungefär lika stor som en iPhone, som de för närvarande testar på MIT CCTR som en bärbar monitor på friska och pre-diabetiker frivilliga. Nästa år planerar de att genomföra en större studie som involverar personer med diabetes i samarbete med ett lokalt sjukhus.

Forskarna arbetar också med att göra enheten ännu mindre, ungefär lika stor som en klocka. Dessutom letar de efter sätt att säkerställa att enheten kan få korrekta avläsningar från personer med olika hudtoner.

Forskningen finansierades av National Institutes of Health, Korean Technology and Information Promotion Agency for SMEs och Apollon Inc.

Källor: