Η ομάδα του MIT χρησιμοποίησε τη φασματοσκοπία Raman –μια τεχνική που αποκαλύπτει τη χημική σύνθεση των ιστών φωτίζοντάς τους με εγγύς υπέρυθρο ή ορατό φως– για να αναπτύξει μια συσκευή μεγέθους κουτιού παπουτσιών που μπορεί να μετρήσει τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα χωρίς βελόνες.
Σε δοκιμές σε έναν υγιή εθελοντή, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι μετρήσεις από τη συσκευή τους ήταν παρόμοιες με εκείνες που λαμβάνονται από εμπορικούς αισθητήρες συνεχούς παρακολούθησης γλυκόζης που απαιτούν την εμφύτευση ενός καλωδίου κάτω από το δέρμα. Ενώ η συσκευή που παρουσιάζεται σε αυτή τη μελέτη είναι πολύ μεγάλη για να χρησιμοποιηθεί ως φορετός αισθητήρας, οι ερευνητές έκτοτε έχουν αναπτύξει μια φορετή έκδοση που δοκιμάζουν τώρα σε μια μικρή κλινική μελέτη.
«Για πολύ καιρό, το τσιμπήμα του δακτύλου αποτελούσε την τυπική μέθοδο μέτρησης του σακχάρου στο αίμα, αλλά κανείς δεν θέλει να τρυπάει το δάχτυλό του κάθε μέρα, πολλές φορές την ημέρα. Φυσικά, πολλοί διαβητικοί ασθενείς υπομετρούν τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα τους, κάτι που μπορεί να προκαλέσει σοβαρές επιπλοκές», λέει ο Jeon Woong Kang, ερευνητής του MIT και κύριος συγγραφέας της μελέτης. «Εάν μπορέσουμε να κατασκευάσουμε μια μη επεμβατική συσκευή παρακολούθησης γλυκόζης με υψηλή ακρίβεια, τότε σχεδόν όλοι με διαβήτη θα επωφεληθούν από αυτή τη νέα τεχνολογία».
Η μεταδιδακτορική του MIT, Arianna Bresci, είναι η κύρια συγγραφέας της νέας μελέτης, η οποία δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Analytical Chemistry. Άλλοι συγγραφείς περιλαμβάνουν τον Peter So, διευθυντή του Κέντρου Βιοϊατρικής Έρευνας Λέιζερ του MIT (LBRC) και καθηγητή βιολογικής μηχανικής και μηχανολογίας του MIT, και τους Youngkyu Kim και Miyeon Jue της Apollon Inc., μιας εταιρείας βιοτεχνολογίας με έδρα τη Νότια Κορέα.
Μη επεμβατική μέτρηση γλυκόζης
Ενώ οι περισσότεροι ασθενείς με διαβήτη μετρούν τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα τους λαμβάνοντας αίμα και ελέγχοντάς το με ένα γλυκόμετρο, ορισμένοι χρησιμοποιούν φορετές οθόνες, οι οποίες διαθέτουν έναν αισθητήρα που εισάγεται ακριβώς κάτω από το δέρμα. Αυτοί οι αισθητήρες παρέχουν συνεχείς μετρήσεις γλυκόζης από το διάμεσο υγρό, αλλά μπορούν να προκαλέσουν ερεθισμό του δέρματος και πρέπει να αντικαθίστανται κάθε 10 έως 15 ημέρες.
Ελπίζοντας να δημιουργήσουν φορητές οθόνες γλυκόζης που θα είναι πιο άνετες για τους ασθενείς, ερευνητές στο LBRC του MIT αναζητούν μη επεμβατικούς αισθητήρες που βασίζονται στη φασματοσκοπία Raman. Αυτός ο τύπος φασματοσκοπίας αποκαλύπτει τη χημική σύνθεση των ιστών ή των κυττάρων αναλύοντας πώς το φως εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας διασκορπίζεται ή εκτρέπεται καθώς συναντά διαφορετικά είδη μορίων.
Το 2010, ερευνητές στο LBRC έδειξαν ότι μπορούσαν έμμεσα να υπολογίσουν τα επίπεδα γλυκόζης με βάση μια σύγκριση μεταξύ των σημάτων Raman από το διάμεσο υγρό που βρέχει τα κύτταρα του δέρματος και μιας μέτρησης αναφοράς των επιπέδων γλυκόζης στο αίμα. Ενώ αυτή η προσέγγιση παρήγαγε αξιόπιστες μετρήσεις, δεν ήταν πρακτική για τη μεταφορά της σε μια οθόνη γλυκόζης.
Πιο πρόσφατα, οι ερευνητές ανέφεραν μια σημαντική ανακάλυψη που τους επέτρεψε να μετρήσουν απευθείας τα σήματα Raman γλυκόζης από το δέρμα. Κανονικά, αυτό το σήμα γλυκόζης είναι πολύ μικρό για να διακριθεί από όλα τα άλλα σήματα που παράγονται από μόρια στον ιστό. Η ομάδα του MIT βρήκε έναν τρόπο να φιλτράρει μεγάλο μέρος του ανεπιθύμητου σήματος, στέλνοντας φως εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας στο δέρμα σε διαφορετική γωνία από την οποία συνέλεξαν το προκύπτον σήμα Raman.
Οι ερευνητές έλαβαν αυτές τις μετρήσεις χρησιμοποιώντας εξοπλισμό που είχε περίπου το μέγεθος ενός επιτραπέζιου εκτυπωτή και από τότε εργάζονται για την περαιτέρω συρρίκνωση του αποτυπώματος της συσκευής.
Στη νέα τους μελέτη, κατάφεραν να δημιουργήσουν μια μικρότερη συσκευή αναλύοντας μόνο τρεις ζώνες –φασματικές περιοχές που αντιστοιχούν σε συγκεκριμένα μοριακά χαρακτηριστικά– στο φάσμα Raman.
Συνήθως, ένα φάσμα Raman μπορεί να περιέχει περίπου 1.000 ζώνες. Ωστόσο, η ομάδα του MIT διαπίστωσε ότι μπορούσε να προσδιορίσει τα επίπεδα γλυκόζης στο αίμα μετρώντας μόνο τρεις ζώνες – μία από τη γλυκόζη συν δύο μετρήσεις υποβάθρου. Αυτή η προσέγγιση επέτρεψε στους ερευνητές να μειώσουν την ποσότητα και το κόστος του εξοπλισμού που απαιτούνταν, επιτρέποντάς τους να εκτελέσουν τη μέτρηση με μια οικονομικά αποδοτική συσκευή περίπου στο μέγεθος ενός κουτιού παπουτσιών.
«Αποφεύγοντας την απόκτηση ολόκληρου του φάσματος, το οποίο έχει πολλές περιττές πληροφορίες, κατεβαίνουμε σε τρεις ζώνες που επιλέγονται από περίπου 1.000», εξηγεί ο Bresci. «Με αυτή τη νέα προσέγγιση, μπορούμε να αλλάξουμε τα εξαρτήματα που χρησιμοποιούνται συνήθως σε συσκευές που βασίζονται σε Raman και να εξοικονομήσουμε χώρο, χρόνο και κόστος».
Προς έναν φορετό αισθητήρα
Σε μια κλινική μελέτη που πραγματοποιήθηκε στο MIT Center for Clinical Translation Research, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τη νέα συσκευή για να λάβουν μετρήσεις από έναν υγιή εθελοντή για μια περίοδο τεσσάρων ωρών. Καθώς το άτομο ακουμπούσε το χέρι του πάνω στη συσκευή, μια δέσμη εγγύς υπέρυθρης ακτινοβολίας έλαμπε μέσα από ένα μικρό γυάλινο παράθυρο στο δέρμα για να εκτελέσει τη μέτρηση.
Κάθε μέτρηση διαρκεί λίγο περισσότερο από 30 δευτερόλεπτα και οι ερευνητές έλαβαν μια νέα μέτρηση κάθε πέντε λεπτά.
Κατά τη διάρκεια της μελέτης, το άτομο κατανάλωσε δύο ποτά γλυκόζης των 75 γραμμαρίων, επιτρέποντας στους ερευνητές να παρακολουθούν σημαντικές αλλαγές στη συγκέντρωση γλυκόζης στο αίμα. Διαπίστωσαν ότι η συσκευή που βασίζεται σε Raman έδειξε επίπεδα ακρίβειας παρόμοια με εκείνα δύο εμπορικά διαθέσιμων, επεμβατικών οθονών γλυκόζης που φοριούνται από το άτομο.
Από την ολοκλήρωση αυτής της μελέτης, οι ερευνητές έχουν αναπτύξει ένα μικρότερο πρωτότυπο, περίπου στο μέγεθος ενός κινητού τηλεφώνου, το οποίο δοκιμάζουν αυτήν τη στιγμή στο MIT CCTR ως φορητή οθόνη σε υγιείς και προδιαβητικούς εθελοντές. Τον επόμενο χρόνο, σχεδιάζουν να διεξάγουν μια μεγαλύτερη μελέτη σε συνεργασία με ένα τοπικό νοσοκομείο, η οποία θα περιλαμβάνει άτομα με διαβήτη.
Οι ερευνητές εργάζονται επίσης για να κάνουν τη συσκευή ακόμη μικρότερη, περίπου στο μέγεθος ενός ρολογιού. Επιπλέον, διερευνούν τρόπους για να διασφαλίσουν ότι η συσκευή μπορεί να λαμβάνει ακριβείς μετρήσεις από άτομα με διαφορετικούς τόνους δέρματος.
