引言:无需抽血,也可以准确测量血糖?

近日,有研究者报告了一种不用抽血就能测量血糖水平的新方法——通过皮肤下植入葡萄糖传感器(基于电磁波)来实现血糖的无创监测。考虑到在自我血糖监测过程中,糖尿病患者经常需要刺破手指取血,报告一经发出引起了人们的广泛关注。研究成果发表于Scientific Reports期刊。

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当前,全世界有超过4亿人患有糖尿病,将血糖水平保持在指定的目标范围内是治疗的主要目的之一。为此,许多患者需要每天进行多次的取血检测,扎破手指是常态。多种替代手指刺法的血糖检测方法已被广泛研究,如基于酶或基于荧光的葡萄糖传感器,但在使用寿命、可移植性和准确性方面仍然存在局限。

植入式血糖检测新设备——重量约为棉签的五分之一

研究团队开发出了一种基于电磁波的传感器,该设备可以被皮下植入,跟踪由于血糖水平的变化而引起的介电常数的微小变化。这种传感器的重量约为棉签的五分之一,可以测量填充细胞间隙的间质液(ISF)中葡萄糖浓度的变化。

图1 基于电磁波的皮下植入式葡萄糖传感器

该研究所开发的传感器并不直接从血液或间质液(ISF)中检测或跟踪葡萄糖分子。其原理为,当血糖水平变化时,传感器的谐振频率随着ISF介电常数的变化而变化,因而,通过传感器谐振频率的监测即可实现血糖的连续监测。

此外,该传感器需要设置参考点或校准点,以跟踪血糖的变化趋势。因此,需要通过自我血糖监测(SBGM)进行每天一次的校准,并设置传感器的参考谐振频率点,然后便可以实现血糖监测。研究建立了传感器谐振频率与血糖水平之间的线性回归模型,实现了谐振频率与血糖水平的映射。

研究者表示:“该设备有望替代基于酶或基于光学的葡萄糖传感器,其不仅克服了现有连续血糖监测系统(CGMS)使用寿命短的缺点,而且提高了血糖检测精度。”

动物试验:血糖监测结果令人满意

研究小组在控制环境中对猪和比格犬进行了传感器的植入,来评估静脉葡萄糖耐量试验(IVGTT)和口服葡萄糖耐量试验(OGTT)结果。初步的体内实验结果表明血糖和传感器频率响应之间有很好的相关性。

此外,所开发的传感器接口模块能够实现连续测量,并可以使用Android移动应用程序可视化实时传感数据。然而,对于实际的传感器植入,还必须考虑其封装的生物兼容性和长期应用的异物反应(FBR)。为此,研究人员正在着手对传感器接口系统进行开发上的优化。

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图2 在动物体中进行口服葡萄糖耐量试验(OGTT)

新技术或将助力连续血糖监测系统的推广使用

研究者表示,与常规的指尖血自我血糖监测相比,CGMS在糖尿病管理中越来越流行。根据其工作原理,市场上可用的CGMS可分为两种类型:具有几周使用寿命的针型系统(例如,基于酶的Freestyle Libre)和具有几个月使用寿命的植入型系统(如,基于荧光的Senseonics)。而作为替代方案,基于电磁波的新型传感器具有克服现有CGMS使用寿命短的潜力,有助于推动连续血糖监测系统的推广使用。

参考资料:

[1]Ulsan National Institute of Science and Technology(UNIST). "Novel ways to measure glucose levels without drawing blood." ScienceDaily. ScienceDaily, 23 November 2022..

[2]Seongmun Kim, Jagannath Malik, Jong Mo Seo, Young Min Cho, Franklin Bien,Jagannath Malik,Jong Mo Seo,Young Min Cho,Franklin BienSubcutaneously implantable electromagnetic biosensor system for continuous glucose monitoring.Scientific Reports, 2022; 12 (1) DOI: 10.1038/s41598-022-22128-w

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编辑:笪文武 审校:陈雪礼