یک روش غیرتهاجمی برای اندازهگیری سطح قند خون که در MIT توسعه یافته است، میتواند بیماران دیابتی را از نیش زدن چندین بار انگشتان خود در روز نجات دهد.
تیم MIT از طیفسنجی رامان، تکنیکی که ترکیب شیمیایی بافتها را با تابش نور مادون قرمز نزدیک یا مرئی به آنها نشان میدهد، برای ساخت دستگاهی به اندازه جعبه کفش استفاده کردند که میتواند سطح قند خون را بدون نیاز به سوزن اندازهگیری کند.
در آزمایشهایی که روی یک داوطلب سالم انجام شد، محققان دریافتند که اندازهگیریهای دستگاه آنها مشابه اندازهگیریهای بهدستآمده از حسگرهای تجاری نظارت بر گلوکز است که نیاز به قرار دادن یک سیم در زیر پوست دارد. اگرچه دستگاه ارائه شده در این مطالعه برای استفاده به عنوان یک حسگر پوشیدنی بیش از حد بزرگ بود، اما محققان از آن زمان یک نسخه پوشیدنی تولید کردند که آن را در یک مطالعه بالینی کوچک آزمایش کردند.
جئون وونگ کانگ، دانشمند تحقیقاتی MIT و نویسنده ارشد این مطالعه میگوید: “برای مدت طولانی، چوب انگشت روش استاندارد برای اندازهگیری قند خون بوده است، اما هیچکس نمیخواهد انگشت خود را هر روز، چند بار در روز نوک بزند. به طور طبیعی، بسیاری از دیابتیها سطح قند خون خود را کم میکنند، که میتواند منجر به عوارض جدی شود.” “اگر بتوانیم یک مانیتور قند غیرتهاجمی بسیار دقیق بسازیم، تقریباً همه افراد مبتلا به دیابت از این فناوری جدید بهره مند خواهند شد.”
آریانا برشی، محقق فوق دکتری MIT، نویسنده اصلی این مطالعه جدید است. امروز در مجله ظاهر می شود شیمی تجزیه. نویسندگان دیگر عبارتند از پیتر سو، مدیر مرکز تحقیقات زیست پزشکی لیزر MIT (LBRC) و استاد مهندسی بیولوژیکی و مهندسی مکانیک MIT. و یانگ کیو کیم و میون جو از شرکت آپولون، یک شرکت بیوتکنولوژی مستقر در کره جنوبی.
اندازه گیری غیرتهاجمی گلوکز
در حالی که اکثر بیماران دیابتی سطح قند خون خود را با کشیدن خون و آزمایش آن با گلوکومتر اندازه گیری می کنند، برخی از مانیتورهای پوشیدنی استفاده می کنند که دارای سنسور درست زیر پوست هستند. این حسگرها اندازه گیری مداوم گلوکز را از مایع بینابینی انجام می دهند، اما می توانند باعث تحریک پوست شوند و هر ۱۰ تا ۱۵ روز نیاز به تعویض دارند.
محققان در LBRC MIT به دنبال ایجاد حسگرهای غیرتهاجمی مبتنی بر طیفسنجی رامان هستند به این امید که مانیتورهای گلوکز پوشیدنی ایجاد کنند که برای بیماران راحتتر باشد. این نوع طیفسنجی ترکیب شیمیایی بافتها یا سلولها را با تجزیه و تحلیل چگونگی پراکندگی یا انحراف نور نزدیک به مادون قرمز در هنگام مواجهه با انواع مختلف مولکولها نشان میدهد.
در سال ۲۰۱۰، محققان LBRC نشان دادند که میتوانند بهطور غیرمستقیم سطح گلوکز را بر اساس مقایسه بین سیگنالهای رامان از مایع بینابینی که سلولهای پوست را حمام میکند و اندازهگیری مرجع سطح قند خون محاسبه کنند. اگرچه این رویکرد اندازه گیری های قابل اعتمادی را ایجاد کرد، اما تبدیل آن به یک مانیتور قند غیرعملی بود.
اخیراً محققان پیشرفتی را گزارش کردند که به آنها امکان می داد مستقیماً سیگنال های گلوکز رامان را از پوست اندازه گیری کنند. به طور معمول، این سیگنال گلوکز آنقدر کوچک است که از سایر سیگنال های تولید شده توسط مولکول های بافت قابل تشخیص نیست. تیم MIT راهی برای فیلتر کردن بیشتر سیگنال های ناخواسته با انعکاس نور مادون قرمز نزدیک بر روی پوست در زاویه ای متفاوت پیدا کرد و سیگنال رامان حاصل را جمع آوری کرد.
محققان این اندازهگیریها را با استفاده از تجهیزاتی به اندازه یک چاپگر رومیزی به دست آوردند و از آن زمان برای کاهش بیشتر ردپای دستگاه تلاش کردند.
در کار جدید خود، آنها توانستند تنها با تجزیه و تحلیل سه باند (مناطق طیفی مربوط به ویژگی های مولکولی خاص) در طیف رامان، دستگاه کوچکتری بسازند.
به طور معمول یک طیف رامان ممکن است شامل حدود ۱۰۰۰ باند باشد. اما تیم MIT دریافت که آنها می توانند سطح قند خون را با اندازه گیری تنها سه باند، یکی از گلوکز به علاوه دو اندازه گیری پس زمینه، تعیین کنند. این رویکرد به محققان این امکان را داد که مقدار و هزینه تجهیزات مورد نیاز را کاهش دهند و این امکان را فراهم کرد که اندازه گیری با وسیله ای مقرون به صرفه به اندازه یک جعبه کفش انجام شود.
برشی میگوید: «ما به سه گروه انتخاب شده از حدود ۱۰۰۰ باند محدود میشویم، و از دریافت کل طیف، که حاوی اطلاعات غیرضروری زیادی است، اجتناب میکنیم. با این رویکرد جدید، میتوانیم با جایگزین کردن اجزای رایج در دستگاههای مبتنی بر رامان، در فضا، زمان و هزینه صرفهجویی کنیم.»
به سمت یک سنسور پوشیدنی
در یک مطالعه بالینی که در مرکز تحقیقات ترجمه بالینی MIT (CCTR) انجام شد، محققان از دستگاه جدید برای گرفتن قرائت از یک داوطلب سالم در یک دوره چهار ساعته استفاده کردند. هنگامی که سوژه بازوی خود را روی دستگاه قرار داد، یک پرتو نزدیک به مادون قرمز از طریق یک پنجره شیشه ای کوچک به پوست تابیده شد تا اندازه گیری را انجام دهد.
هر اندازه گیری بیش از ۳۰ ثانیه طول می کشد و محققان هر پنج دقیقه یک بار مطالعه جدیدی انجام دادند.
در طول این مطالعه، آزمودنی دو نوشیدنی ۷۵ گرمی گلوکز مصرف کرد که به محققان اجازه داد تغییرات قابل توجهی در غلظت قند خون را بررسی کنند. آنها دریافتند که دستگاه مبتنی بر رامان سطوح دقتی مشابه دو مانیتور گلوکز تهاجمی موجود در بازار را نشان می دهد که توسط سوژه استفاده می شود.
پس از تکمیل این مطالعه، محققان نمونه اولیه کوچکتری به اندازه تلفن همراه ساختند و در حال حاضر در حال آزمایش آن به عنوان یک مانیتور پوشیدنی در داوطلبان سالم و پیش دیابتی در MIT CCTR هستند. سال آینده، آنها قصد دارند با یک بیمارستان محلی برای انجام یک مطالعه بزرگتر که شامل افراد مبتلا به دیابت می شود، همکاری کنند.
محققان همچنین در تلاش هستند تا دستگاه را حتی کوچکتر کنند، به اندازه یک ساعت. علاوه بر این، آنها در حال بررسی راههایی برای اطمینان از اینکه دستگاه میتواند خوانشهای دقیقی از افراد با رنگ پوست متفاوت داشته باشد را بررسی میکنند.
این تحقیق توسط مؤسسه ملی بهداشت، آژانس فناوری و ارتقای دانش کره برای SMEها و شرکت Apollon انجام شد.