Пошук способу неінвазивної діагностики та моніторингу діабету

Діабет - це хронічне захворювання, яке вражає понад 420 мільйонів людей у всьому світі, що становить приблизно 8,5% населення. За останні 3 десятиліття рівень діабету майже подвоївся, оскільки більшість країн, що розвиваються, стикаються з посиленням урбанізації та прийняттям західних харчових звичок.

Лікування діабету вимагає постійного контролю та утримання, що створює значне навантаження для страждаючих, їхніх сімей та їх громад. Крім того, підвищення показників діабету є оподаткуванням систем охорони здоров’я та національної економіки.

Сучасні діагностичні стандарти та методи лікування діабету є інвазивними та обтяжливими, але останніми досягненнями медичних методів зондування дозволили неінвазивне тестування на діабет та моніторинг рівня глюкози в крові досягли медичних дослідників. Авантес пишається тим, що перебуває на передньому плані захоплюючих проривів у галузі біомедичного зондування.

Сучасні стандарти діагностики та лікування діабету
Діагностика та постійне лікування діабету в даний час вимагає прямого вимірювання рівня глюкози в крові або глікованого гемоглобіну. Існує декілька методів, якими користуються медичні працівники, включаючи тести на толерантність до глюкози та випадкові або голодуючі аналізи на цукор у крові. Ці методи в першу чергу відомі як тести на виявлення амперрометричних обставин, оскільки реакція цукру в крові на реагент створює невеликий електричний заряд, пропорційний рівню цукру в зразку. Цей метод може бути дуже точним, коли він виконується в лабораторних умовах, а також є стандартизованим і добре зрозумілим.

Сучасні методи тестування, хоча і є усталеними, все ще створюють численні проблеми для пацієнтів та медичних працівників у всьому світі. У деяких культурах можуть виникнути табу або соціальні стримування щодо взяття крові, що ускладнює забезпечення дотримання пацієнта. Зразки крові також нестабільні і потребують охолодження. Це може бути важливим питанням для країн, що розвиваються, особливо сільських районів, де електрика та холодильна техніка можуть бути недоступними.

Хронічний характер лікування цукрового діабету вимагає від хворих, які часто щодня контролюють рівень глюкози. Це передбачає збір крихітного зразка крові, як правило, ланцетним притиском до пальця. Ця процедура може бути болісною і може створити додаткові ускладнення, якщо діабетик має пригнічені зцілювальні здібності, і їх необхідно проводити повторно щодня.

У той час як портативні монітори глюкози в крові стають доступнішими по всьому світу (на них припадає приблизно 85% усіх біомедичних датчиків, що продаються сьогодні споживачам), моніторинг глюкози все ще є ручним процесом, що вимагає тест-смужок. У поєднанні з чинниками навколишнього середовища, які можуть вплинути на тест, такі як температура та вологість, ці вимірювачі крові можуть не давати точних вимірювань за будь-яких умов.

Пошук неінвазивного моніторингу глюкози
Через інвазивного та повторюваного характеру тестування на глюкозу та труднощів, пов'язаних із тестуванням крові у всьому світі, дослідники охоче шукають неінвазивні альтернативи стандартним тестам на амперометричне виявлення. Дослідники дослідили багато альтернатив, включаючи електрохімічні випробування та методи на основі нанотрубок на основі вуглецю. Останнім часом фокус перемістився на оптичні методи виявлення за допомогою поглинання NIR та спектральної спектроскопії Рамана.

Навіть серед дослідників, які працюють із спектроскопією NIR, є кілька напрямків дослідження. Поза глюкозою в крові можна виявити гліковані білки (білки, які зв’язані з глюкозою) у волоссі та на нігтях, у воді гумору ока та сечі.

Два найперспективніших досліджуваних методів включають використання ближнього інфрачервоного світла для вимірювання рівня глюкози в крові безпосередньо через шкіру, має майже таку ж функціональну конструкцію, як і пульсоксиметр. Інший досліджуваний метод включає використання нігтів як тестового зразка.

Найбільшими проблемами, з якими стикаються дослідники при розробці нового неінвазивного протоколу тестування на діабет, є створення стандартизованих моделей інтерпретації результатів. Параметри вимірювання повинні враховувати схеми поглинання, лінійну швидкість поглинання та незліченну кількість інших факторів, які лікарі та вчені повинні розуміти, щоб розробити повторювану та стандартизовану модель інтерпретації та прогнозування спектральної реакції. Існують також варіанти різних характеристик людини, і ці зміни також повинні бути нейтралізовані, щоб забезпечити стандартизацію нового протоколу.

Поруч інфрачервоне та діагностичне вікно
Значна частина технологій оптичного зондування для біомедичних застосувань зосереджується навколо ближнього інфрачервоного зв'язку через своєрідне явище, яке дослідники називають діагностичним вікном або оптичним вікном.

Поглинання світла тканинами людини залежить від довжини хвилі. Білки та ДНК поглинають ультрафіолетовий (УФ) спектр, видиме світло поглинається гемоглобіном у крові, а інфрачервоний діапазон сильно поглинається водою. Однак у самому кінці видимого спектру та в ближньому інфрачервоному діапазоні (NIR) між 650 нм і 1100 нм спостерігається мало поглинання водою або гемоглобіном і менше розсіювання, ніж у УФ та видимих діапазонах. І, що найголовніше, можна використовувати світло в цьому діапазоні на живих предметах, не завдаючи шкоди тканинам.

Спробуйте так: У затемненій кімнаті просвічіть сильним ліхтариком крізь долоню. Дивлячись на тильну сторону руки, ви побачите червону пляму світла на тильній стороні руки. Те, що ви бачите, - хвостовий кінець спектра видимого світла, червоне світло між 650-750 нм, яке потрапляє в оптичне діагностичне вікно 650-1100 нм

Це вікно оптичної діагностики дозволяє лікарям та дослідникам оглядати тіло. Доктор Франс Джобсіс з Університету Дюка продемонстрував у своєму дослідницькому дослідженні 1977 року, що тканини, що містять кисень та дезоксигенацію, виявляють чіткі властивості поглинання в НДІ. З тих пір NIR-спектроскопія застосовується при дослідженні таких метаболічних захворювань, як діабет, рак, серцево-судинні захворювання, неврологічні порушення та багато інших станів, що страждають на наше суспільство.

NIR Raman Spectroscopy
Останні експерименти з розробки оптичних біосенсорів поєднують оптичне вікно, наявне в діапазоні Vis / NIR, з специфічністю молекулярного відбитків пальців Раманської спектроскопії. Потенціал цієї методики є дуже перспективним, але додаткова складність раманного аналізу збільшує бар'єри для розробки стандартизованих діагностичних моделей.

Глікований білок нігтів придатний для тестування на діабет
Оскільки тестування на глюкозу має життєво важливе значення для зростаючої популяції діабетиків та через те, що попит на датчики глюкози становить 85% ринку біосенсорів, розробники приладів біомедицини готуються презентувати наступний прогрес в галузі технології контролю крові.

Один напрямок дослідження включає аналіз глікованого білка кератину. Кератин, білок, який складається з наших нігтів і волосся, може зв’язуватися з глюкозою. Це гликація з часом має лінійне відношення до рівня глюкози в крові. Дослідники, які шукають спектральну модель діагностики діабету, вибирають нігті внаслідок помітних відмінностей в особливостях нігтів діабетиків. Для розробки стандартизованої моделі нігті також є кращими, оскільки різниця у швидкості росту, ніж у волосся.

Використання вирізання нігтів у цьому методі може покращити тестування для початкової діагностики діабету, особливо у країнах, що розвиваються. Вирізання нігтів можна збирати без болю і не вимагаючи спеціальної підготовки. Крім того, психологічні та культурні погляди щодо вирізання нігтів зменшуються порівняно з тілесною рідиною, як кров; а оскільки вони стабільні, нігті можуть зберігатися без охолодження протягом декількох тижнів без втрати життєздатності проби.

Для тестування зразки нігтів подрібнюють і змішують з реактивним агентом. Оскільки нігті не дуже проникні для цих реактивних речовин, для зразків потрібен час підготовки та, можливо, подальша обробка. Цей метод, хоча і є малоінвазивним, все ж вимагає підготовки фахівців, які повинні проводитись у лабораторії навченим персоналом і, на жаль, не підходять для домашнього контролю глюкози.

Передача через Earlobe для домашнього використання
Методика вимірювання пропускання - ще одна, яку розробляють дослідники, і така, яка підходить для домашнього моніторингу. Для вимірювання коефіцієнта пропускання часточки потрібна комбінація довжин хвиль, що застосовуються одночасно до вушної долі. Ослаблене світло ловиться датчиками з обох боків вушної долі. По-перше, коефіцієнт відбиття зеленого видимого світла використовується для визначення таких параметрів шкіри, як товщина тканини. Далі, коефіцієнт пропускання / поглинання червоного світла використовується для визначення об’єму крові, і, нарешті, довжина хвилі NIR використовується для визначення концентрації глюкози.

Цей метод демонструє велику перспективу, оскільки це проста конструкція, яка передбачає затискач для вушної долі, який з'єднується з спектрометром за допомогою волоконних кабелів, що робить його відносно легким для всіх без спеціальної підготовки. Крім того, відсутність підготовки зразків та проста конструкція означають, що це не потребуватиме лабораторного нагляду і його може виконувати будь-хто.

Подолання бар'єрів для оптичного моніторингу глюкози
Для багатьох методів діагностики, які досліджуються сьогодні, головним бар'єром для повного підтвердження тестування є здатність дослідників узгодити окремі варіації для створення стандартизованої моделі для аналізу результатів. Робота цих вчених та експертів щодня наближає нас до реальності неінвазивних, недорогих та точних альтернатив моніторингу глюкози в крові.

Хоча неможливо передбачити, коли новий метод чи технологія отримає схвалення Федеральної адміністрації з лікарських засобів (FDA) або відповідних медичних сертифікаційних органів, можливість стає більш реалістичною. Найближчим часом хворим на цукровий діабет більше не потрібно буде страждати від болісного аналізу крові, і це буде завдяки роботі завзятих вчених, лікарів та дослідників, які сьогодні працюють над цими захоплюючими оптичними методами тестування.

Авантес на передній план медичних досліджень
Авантес з гордістю виступає на перший план у цьому дослідженні. Обладнання Avantes знайдено в лабораторіях по всьому світу, що підтримує лікарів та вчених, які працюють над дослідженнями діабету.

Доктор Анжеліка М. Домшке, раніше з Гамбурзького університету, досліджує офтальмологічний моніторинг глюкози за допомогою Avantes AvaSpec-ULS2048 для тестування та моніторингу розвитку контактної лінзи, яка сидить в оці та забезпечує постійний моніторинг. ULS2048 забезпечив доктору Домшке та її команді виняткову швидкість реакції та співвідношення сигнал / шум 200: 1. Це надійний робочий коник спектрометрів Avantes StarLine.

Дослідники з Гронінгенського університету в Нідерландах вивчають флуоресценцію шкіри для моніторингу ураження судин. Хворі на діабет чутливі до ураження судин, поганого кровообігу та повільного загоєння кінцівок. Ця команда спрямована на полегшення лікування ускладнень діабетичної стопи. Ці дослідники використовували більш стару модель від Avantes, але наш AvaSpec-HS1024x58 / 122TEC пропонує найвищу чутливість завдяки чисельній діафрагмі 0,22 оптичного стенду та термоелектричним охолодженням спорідненого детектора. Цей прилад ідеально підходить для вимог вимірювань високої чутливості в NIR.

Завантажте статтю про діабетичну аутофлюоресценцію шкіри

Доктор Ішан Барман у своїй докторській дисертації на кафедрі машинобудування MIT вивчив проблему розробки точних діагностичних моделей за допомогою спектроскопії NIR Raman. У своїй роботі «Розгадування загадок неінвазивного виявлення глюкози в крові на основі спектроскопії» його системні рекомендації щодо спектрометра описують прилад, що відповідає системним характеристикам AvaSpec-HS1024x58TEC (AvaSpec-HERO). Цей прилад забезпечує оптимальну чутливість з числовою діафрагмою 0,22, яка збирає повне світло, що здійснюється волоконно-оптичним. Герой пропонує оптимальний баланс між високою чутливістю та високою роздільною здатністю, з детектором із охолодженням TE, охолодженим назад. Він здатний сприяти більш тривалому часу інтеграції в додатках із низьким рівнем освітлення, що робить це вашим оптимальним вибором у системах Raman.

Дослідники всього світу довіряють інструментам Avantes для біомедичних досліджень. Спектрометри Avantes SensLine пропонують кілька моделей, пристосованих для застосувань із низьким рівнем освітленості зі стандартними або термоелектричним охолодженням.

Ще одне чудове рішення - мініатюрні спектрометри Avantes CompactLine. AvaSpec-Mini забезпечує багато потужності в компактних розмірах. Приблизно за розміром колоди карт, цей пристрій працює нарівні з багатьма нашими великими інструментами форм-фактора ..

Resources

https://www.avantes.com/applications/application/item/1184-nir-in-diabetes-testing