I pazienti con diabete devono testare i livelli di zucchero nel sangue più volte al giorno per assicurarsi che non diventino troppo alti o troppo bassi. Gli studi hanno dimostrato che più della metà dei pazienti non esegue i test abbastanza spesso, in parte a causa del dolore e dell'inconveniente della puntura dell'ago.

Una possibile alternativa è la spettroscopia Raman, una tecnica non invasiva che rivela la composizione chimica del tessuto, come la pelle, illuminandolo con luce nel vicino infrarosso. Gli scienziati del MIT hanno ora compiuto un passo importante per rendere questa tecnica pratica per l'uso da parte dei pazienti:hanno dimostrato di poterla utilizzare per misurare direttamente le concentrazioni di glucosio attraverso la pelle. Fino ad ora, i livelli di glucosio dovevano essere calcolati indirettamente, sulla base di un confronto tra i segnali Raman e una misurazione di riferimento dei livelli di glucosio nel sangue.

Sebbene sia necessario più lavoro per sviluppare la tecnologia in un dispositivo di facile utilizzo, questo progresso mostra che un sensore basato su Raman per il monitoraggio continuo del glucosio potrebbe essere fattibile, dice Pietro Così, professore di ingegneria biologica e meccanica al MIT.

"Oggi, il diabete è un'epidemia globale, "dice Così, che è uno degli autori senior dello studio e il direttore del Laser Biomedical Research Center del MIT. "Se esistesse un buon metodo per il monitoraggio continuo del glucosio, si potrebbe potenzialmente pensare a sviluppare una migliore gestione della malattia".

Sung Hyun Nam del Samsung Advanced Institute of Technology di Seoul è anche un autore senior dello studio, che appare oggi in Progressi scientifici . Jeon Woong Kang, un ricercatore al MIT, e Yun Sang Park, un membro dello staff di ricerca presso il Samsung Advanced Institute of Technology, sono i principali autori del paper.

Vedere attraverso la pelle

La spettroscopia Raman può essere utilizzata per identificare la composizione chimica del tessuto analizzando come viene diffusa la luce nel vicino infrarosso, o deviato, quando incontra diversi tipi di molecole.

Il Centro di ricerca biomedica laser del MIT lavora su sensori di glucosio basati sulla spettroscopia Raman da oltre 20 anni. Il raggio laser nel vicino infrarosso utilizzato per la spettroscopia Raman può penetrare solo pochi millimetri nel tessuto, quindi un progresso chiave è stato quello di escogitare un modo per correlare le misurazioni del glucosio dal fluido che bagna le cellule della pelle, noto come liquido interstiziale, ai livelli di glucosio nel sangue.

Però, è rimasto un altro ostacolo chiave:il segnale prodotto dal glucosio tende a essere soffocato dai molti altri componenti tissutali presenti nella pelle.

"Quando misuri il segnale dal tessuto, la maggior parte dei segnali forti proviene da componenti solidi come proteine, lipidi, e collagene. Il glucosio è un minuscolo, piccola quantità sul segnale totale. A causa di ciò, finora non abbiamo potuto effettivamente vedere il segnale del glucosio dal segnale misurato, " dice Kang.

Per aggirare il problema, il team del MIT ha sviluppato metodi per calcolare indirettamente i livelli di glucosio confrontando i dati Raman dei campioni di pelle con le concentrazioni di glucosio nei campioni di sangue prelevati contemporaneamente. Però, questo approccio richiede una calibrazione frequente, e le previsioni possono essere annullate dal movimento del soggetto o dai cambiamenti delle condizioni ambientali.

Per il nuovo studio, i ricercatori hanno sviluppato un nuovo approccio che consente loro di vedere direttamente il segnale del glucosio. L'aspetto nuovo della loro tecnica è che fanno brillare la luce del vicino infrarosso sulla pelle con un angolo di circa 60 gradi, ma raccogliere il segnale Raman risultante da una fibra perpendicolare alla pelle. Ciò si traduce in un segnale complessivo più forte perché il segnale Raman del glucosio può essere raccolto mentre il segnale riflesso indesiderato dalla superficie della pelle viene filtrato.

I ricercatori hanno testato il sistema sui maiali e hanno scoperto che dopo 10-15 minuti di calibrazione, potrebbero ottenere letture glicemiche accurate per un massimo di un'ora. Hanno verificato le letture confrontandole con le misurazioni del glucosio prelevate da campioni di sangue.

"Questa è la prima volta che osserviamo direttamente il segnale del glucosio dal tessuto in modo transdermico, senza passare attraverso molti calcoli avanzati e l'estrazione del segnale, "Così dice.

Monitoraggio continuo

È necessario un ulteriore sviluppo della tecnologia prima che il sistema basato su Raman possa essere utilizzato per monitorare le persone con diabete, dicono i ricercatori. Ora hanno in programma di lavorare sul restringimento del dispositivo, che ha circa le dimensioni di una stampante desktop, in modo che possa essere portatile, nella speranza di testare un tale dispositivo su pazienti diabetici.

"Potresti avere un dispositivo a casa o un dispositivo nel tuo ufficio su cui potresti mettere il dito di tanto in tanto, o potresti avere una sonda che tieni sulla pelle, " Così dice. "Questo è ciò a cui stiamo pensando a breve termine".

A lungo termine, sperano di creare un monitor indossabile in grado di offrire misurazioni continue del glucosio.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.