Patiënten met diabetes moeten hun bloedsuikerspiegel meerdere keren per dag testen om er zeker van te zijn dat ze niet te hoog of te laag worden. Studies hebben aangetoond dat meer dan de helft van de patiënten niet vaak genoeg test, deels vanwege de pijn en het ongemak van de naaldprik.

Een mogelijk alternatief is Raman-spectroscopie, een niet-invasieve techniek die de chemische samenstelling van weefsel onthult, zoals huid, door er bijna-infraroodlicht op te schijnen. MIT-wetenschappers hebben nu een belangrijke stap gezet om deze techniek praktisch te maken voor gebruik door patiënten:ze hebben aangetoond dat ze het kunnen gebruiken om glucoseconcentraties rechtstreeks via de huid te meten. Tot nu, glucosespiegels moesten indirect worden berekend, gebaseerd op een vergelijking tussen Raman-signalen en een referentiemeting van bloedglucosewaarden.

Hoewel er meer werk nodig is om de technologie te ontwikkelen tot een gebruiksvriendelijk apparaat, deze vooruitgang toont aan dat een op Raman gebaseerde sensor voor continue glucosemonitoring haalbaar zou kunnen zijn, zegt Peter Dus, een professor in biologische en werktuigbouwkunde aan het MIT.

"Vandaag, diabetes is een wereldwijde epidemie, " zegt Zo, die een van de senior auteurs van de studie is en de directeur van MIT's Laser Biomedical Research Center. "Als er een goede methode zou zijn voor continue glucosemonitoring, men zou mogelijk kunnen nadenken over het ontwikkelen van een beter beheer van de ziekte."

Sung Hyun Nam van het Samsung Advanced Institute of Technology in Seoul is ook een senior auteur van de studie, die vandaag verschijnt in wetenschappelijke vooruitgang . Jeon Woong Kang, een onderzoekswetenschapper aan het MIT, en Yun Sang-park, een onderzoeksmedewerker bij Samsung Advanced Institute of Technology, zijn de hoofdauteurs van het artikel.

Door de huid kijken

Raman-spectroscopie kan worden gebruikt om de chemische samenstelling van weefsel te identificeren door te analyseren hoe nabij-infrarood licht wordt verstrooid, of afgebogen, omdat het verschillende soorten moleculen tegenkomt.

Het Laser Biomedical Research Center van MIT werkt al meer dan 20 jaar aan op Raman-spectroscopie gebaseerde glucosesensoren. De nabij-infrarode laserstraal die voor Raman-spectroscopie wordt gebruikt, kan slechts enkele millimeters in weefsel doordringen, dus een belangrijke vooruitgang was het bedenken van een manier om glucosemetingen te correleren van de vloeistof die huidcellen baadt, bekend als interstitiële vloeistof, tot bloedglucosewaarden.

Echter, een ander belangrijk obstakel bleef bestaan:het signaal dat door glucose wordt geproduceerd, wordt meestal overstemd door de vele andere weefselcomponenten die in de huid worden aangetroffen.

"Als je het signaal van het weefsel meet, de meeste sterke signalen komen van vaste componenten zoals eiwitten, lipiden, en collageen. Glucose is een kleine, kleine hoeveelheid van het totale signaal. Daarom, tot nu toe konden we het glucosesignaal niet echt zien van het gemeten signaal, ' zegt Kang.

Om daar omheen te werken, het MIT-team heeft manieren ontwikkeld om glucosespiegels indirect te berekenen door Raman-gegevens van huidmonsters te vergelijken met glucoseconcentraties in bloedmonsters die tegelijkertijd zijn genomen. Echter, deze benadering vereist frequente kalibratie, en de voorspellingen kunnen worden weggegooid door beweging van het onderwerp of veranderingen in omgevingsomstandigheden.

Voor de nieuwe studie de onderzoekers ontwikkelden een nieuwe aanpak waarmee ze het glucosesignaal direct kunnen zien. Het nieuwe aspect van hun techniek is dat ze bijna-infraroodlicht op de huid schijnen in een hoek van ongeveer 60 graden, maar verzamel het resulterende Raman-signaal van een vezel loodrecht op de huid. Dit resulteert in een sterker algemeen signaal omdat het glucose Raman-signaal kan worden verzameld terwijl ongewenst gereflecteerd signaal van het huidoppervlak wordt uitgefilterd.

De onderzoekers testten het systeem bij varkens en ontdekten dat na 10 tot 15 minuten kalibreren, ze konden tot een uur lang nauwkeurige glucosemetingen krijgen. Ze verifieerden de metingen door ze te vergelijken met glucosemetingen uit bloedmonsters.

"Dit is de eerste keer dat we het glucosesignaal van het weefsel direct op een transdermale manier hebben waargenomen, zonder veel geavanceerde berekeningen en signaalextractie te hoeven ondergaan, " Zo zegt.

Continue bewaking

Verdere ontwikkeling van de technologie is nodig voordat het op Raman gebaseerde systeem kan worden gebruikt om mensen met diabetes te monitoren, zeggen de onderzoekers. Ze zijn nu van plan om het apparaat te verkleinen, die ongeveer zo groot is als een desktopprinter, zodat het draagbaar zou kunnen zijn, in de hoop een dergelijk apparaat op diabetespatiënten te kunnen testen.

"Misschien heb je een apparaat thuis of een apparaat op kantoor waar je af en toe je vinger op kunt leggen, of je hebt misschien een sonde die je tegen je huid houdt, Zegt dus. 'Daar denken we aan op de kortere termijn.'

Op de lange termijn, ze hopen een draagbare monitor te maken die continue glucosemetingen kan bieden.

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.