Pomiar glukozy bez kłucia

Zespół naukowców z Indii i Polski pracuje nad czujnikiem, który miałby wykonywać pomiar glukozy bez kłucia, lecz z próbki moczu, wykorzystując odczyt optyczny.

Samo urządzenie pomiarowe można sobie wyobrazić jak bardzo czuły próbnik tego, jak ciecz wpływa na odbicie światła

.Zamiast reagować chemicznie na cukier – urządzenie śledziłoby, jak rosnące stężenie glukozy w moczu zmienia sposób odbicia światła od cienkiej warstwy metalu. To na razie praca symulacyjna, ale pokazuje, że przy odpowiednim doborze materiałów sygnał mógłby być na tyle wyraźny, by myśleć o tanich testach przy łóżku pacjenta lub w domu.

Kontrola cukrzycy w dużej mierze sprowadza się do jednego nawyku – regularnego sprawdzania glukozy. To bywa uciążliwe, bo tradycyjnie wymaga krwi, a więc nakłuć albo sensorów noszonych na skórze. Fizycy i farmaceuci z Indii we współpracy z polskim optykiem Zbigniewem Jaroszewiczem z Instytutu Łączności PIB wychodzą od prostego założenia: skoro glukoza może pojawiać się w moczu (zwłaszcza przy wysokich poziomach we krwi) – to właśnie mocz może być wygodną, nieinwazyjną próbką do szybkiego testu poziomu cukru na przykład w gabinecie lub w domu.

W artykule opublikowanym w czasopiśmie naukowym „Optik” naukowcy ci traktują stężenie glukozy w moczu jako biomarker i opisują rozwiązanie oparte o optyczny czujnik SPR (ang. Surface Plasmon Resonance), projektowany pod natychmiastowe pomiary przy małej objętości próbki i bez potrzeby specjalistycznego laboratorium.

Samo urządzenie pomiarowe można sobie wyobrazić jak bardzo czuły próbnik tego, jak ciecz wpływa na odbicie światła. W SPR wiązka światła pada przez pryzmat na cienką warstwę metalu. Dla pewnego kąta odbicie nagle słabnie, bo energia światła przechodzi w drgania elektronów na powierzchni metalu. Ten charakterystyczny zanik w odbiciu jest jak znacznik na skali. Jeśli na powierzchni metalu pojawi się ciecz – ten znacznik przesuwa się, bo zmieniają się własności optyczne warstwy przy powierzchni. Badacze korzystają z tego, że wzrost stężenia glukozy w moczu wiąże się ze wzrostem współczynnika załamania światła próbki i modelują, jak mocno przesuwa się kąt rezonansu dla różnych stężeń.

Nowy pomiar glukozy jest na razie prototypem

.Na razie celem pracy jest jedynie zaprojektowanie i porównanie teoretyczne i numeryczne wariantów konstrukcji tak, by uzyskany sygnał był możliwie wyraźny. Dlatego badacze proponują układ kilku cienkich warstw: pryzmat z fluorku wapnia, na nim miedź, czyli warstwa wytwarzająca mocny sygnał SPR; bardzo cienki nikiel jako ochrona – i element poprawiający parametry, dalej perowskit (MAPbBr3) wzmacniający oddziaływanie światła z próbką, a na wierzchu jedna z warstw 2D. Ta ostatnia, bardzo cienka warstwa ma pełnić rolę wierzchniej osłony kontaktu z próbką i jednocześnie stabilizować układ, bo część materiałów jest wrażliwa na wilgoć. Całość jest policzona metodą symulacyjną TMM (ang. Transfer Matrix Method), typową dla układów wielu cienkich warstw, gdzie symuluje się, jak światło odbija się i przechodzi przez kolejne granice materiałów. Naukowcy dobierają grubości warstw i sprawdzają odpowiedź czujnika dla moczu o współczynniku załamania od 1,335 do 1,347, co w ich modelu odpowiada zakresowi stężeń glukozy od normalnych 0–15 mg/dl do wartości typowych dla osoby z cukrzycą w rozważanym scenariuszu (do 10 g/dl).

Model komputerowy wskazuje, że czujnik powinien wyraźnie odróżniać próbki z małą ilością glukozy od próbek z większym jej stężeniem w moczu. Autorzy badań pokazują, że wraz ze wzrostem ilości glukozy przesuwa się położenie znacznika, czyli punktu, w którym układ najsilniej pochłania światło. To przesunięcie jest na tyle duże, że powinno dać się je stabilnie zmierzyć.

Jeśli więc czujnik przejdzie drogę od symulacji do działającego prototypu, mógłby stać się podstawą prostego testu: kropla moczu, szybki odczyt optyczny i informacja, czy poziom glukozy jest na tyle wysoki, że wymaga dalszej diagnostyki lub leczenia.

To nie jest jeszcze alternatywa dla klasycznych pomiarów glukozy we krwi, bo pojawienie się glukozy w moczu ma swoje ograniczenia. Jest to raczej pomysł na wygodny, nieinwazyjny kanał monitorowania i przesiewu. Największe wyzwania zaczną się bowiem dopiero w realnych testach, gdy będzie trzeba sprawdzić odporność na składniki zakłócające pomiar obecne w moczu, zweryfikować stabilność materiałów w kontakcie z wilgocią oraz przeprowadzić kalibrację, która da wiarygodny wynik w warunkach codziennych. 

Zdrowie – nikt się nie dowie, jako smakujesz, aż się zepsujesz

.Rosnące globalne obciążenie chorobami nowotworowymi znacząco przekracza obecne możliwości skutecznej kontroli zachorowań – pisze prof. Piotr CZAUDERNA

W 2020 roku na całym świecie zdiagnozowano ponad 19 milionów nowych przypadków nowotworów (w tym w Polsce ok. 170 000), a 10 milionów ludzi z tego powodu zmarło. Oczekuje się, według Global Cancer Observatory, że do 2040 roku obciążenie to wzrośnie do około 30 milionów nowych przypadków raka rocznie i 16 milionów zgonów, a nowotwory staną się główną przyczyną śmierci. Tymczasem wiele zachorowań na nowotwory można przypisać potencjalnie modyfikowalnym czynnikom ryzyka. Znajomość tego faktu jest absolutnie kluczowa dla rozwoju skutecznych strategii zapobiegania chorobom nowotworowym.

Niedawno w renomowanym międzynarodowym czasopiśmie medycznym „Lancet” konsorcjum Global Burden of Disease Study 2 opublikowało badania związków między wskaźnikami czynników ryzyka (metabolicznego, zawodowego, środowiskowego i behawioralnego) a nowotworami na całym świecie.

Korzystając z szacunków dotyczących zachorowalności na raka, śmiertelności i danych dotyczących czynników ryzyka z 204 krajów oraz obejmujących czynniki ryzyka, od palenia tytoniu do narażenia na działanie czynników rakotwórczych w miejscu pracy, autorzy stwierdzili, że 4,45 miliona zgonów wynika z wystąpienia wymienionych czynników ryzyka. Stanowi to ogółem aż 44,4 proc. zgonów z powodu nowotworów. Jednocześnie skutkowało to utratą 105 milionów lat życia skorelowanych z niepełnosprawnością. Dane te są alarmujące.

Palenie tytoniu odpowiadało za 36,3 proc. zgonów z powodu raka u mężczyzn i 12,3 proc. u kobiet, spożywanie alkoholu – za 6,9 proc. zgonów z powodu raka u mężczyzn i 2,3 proc. u kobiet. Z kolei otyłość (stwierdzana w oparciu o wysoki wskaźnik Body Mass Index – BMI) odpowiadała za 4,2 proc. zgonów z powodu raka u mężczyzn i 5,2 proc. u kobiet. Odkryto również bardzo niepokojący, ponad 20-procentowy wzrost zgonów z powodu nowotworów w latach 2010–2019, który można przypisać powyższym możliwym do uniknięcia przyczynom. Zauważono także, że czynniki ryzyka metabolicznego odgrywały rosnącą rolę. Rośnie też liczba nowotworów związana z czynnikami dietetycznymi i hormonalnymi, w tym zwłaszcza nowotworów piersi i prostaty.

Co istotne, wszystkie wymienione wyżej czynniki można kontrolować czy też ograniczać za pomocą stosunkowo prostych interwencji. Ich szkodliwy wpływ jest zresztą znany już od dziesięcioleci. Dlatego tak ważna jest profilaktyka zdrowotna. Można w jej obrębie wyróżnić kilka typów:

– profilaktykę wczesną, polegającą na kształtowaniu prawidłowych wzorców zdrowotnych w oparciu o odpowiednią edukację, w tym również szczepienia ochronne,

– profilaktykę zdrowotną pierwotną, polegającą na kontrolowaniu czynników ryzyka oraz identyfikacji osób, które znajdują się w grupie ryzyka,

– profilaktykę wtórną, skierowaną do osób znajdujących się w grupie ryzyka i nakierowaną na wczesne wykrycie choroby, a tym samym jak najszybsze wdrożenie leczenia,

– profilaktykę III fazy, skierowaną do osób chorych, mającą na celu zminimalizowanie skutków choroby i zapobieganie powikłaniom.

Tekst dostępny na łamach Wszystko co Najważniejsze: https://wszystkoconajwazniejsze.pl/prof-piotr-czauderna-zdrowie/

PAP/MB