Sok millió ember életét keseríti meg a vércukorszint mérése. Bár muszáj elvégezni, viszont még otthon is tűszúrásra és cseppnyi vérre van szükség hozzá (és még így sem százszázalékos az eredmény). Érthető tehát, ha minden olyan hírre felkapjuk a fejünket, amelyik ennél egyszerűbb mérést ígér.
Így volt ez több mint tíz évvel ezelőtt, 2014-ben, amikor a Google érdekes ötlettel állt elő: egy intelligens kontaktlencse prototípus fejlesztéséről beszélt, amelyik egy miniatürizált érzékelő segítségével mérte (volna) a könny vércukor-szintjét. Ha ez a technológia sikeresnek bizonyul, azzal nemcsak sokmillió ember életa vált volna könnyebbé, hanem a Google számára is lehetővé tette volna, hogy az egészségügy megkerülhetetlen szereplőjévé váljon.
De nem így történt. Időközben kiderült ugyanis, hogy a könny egyszerűen megbízhatatlan, ha vércukorszint-mérésről van szó, ráadásul a hardver miniatürizálásánál is akadtak gondok. Egy orvostechnikai eszköznél viszont a pontosság alapvető elvárás. Míg a lépésszám-becslésnél egy kis eltérés cseppet sem tragikus, a vércukorszintnél komoly következményekkel járhat.
https://hvg.hu/tudomany/20181121_alphabet_google_vercukorszintmero_kontaktlencse_projekt_leallitasa
A kutatók azóta is dolgoznak a viselhető eszközökbe, okoskarkötőkbe, okosórákba integrálható vércukorszint-mérőn. Az ilyen eszközök persze nem érintkeznének testnedvekkel, hanem a bőrön keresztül érzékelnék a glükóz egyedi molekuláris jellemzőjét – mutat rá a Gizmodo. A bőrön keresztüli mérések koncepciója nem újdonság. Okosóráink, -karkötőink a bőr közelében lévő apró erek vérmennyiség-változásainak nyomon követésével mérik a pulzusszámot. A készülék fényt bocsát a bőrbe, és a vér jobban elnyeli ezt a fényt, mint a környező szövet. A szívverésnek megfelelően növekszik és csökken a vérmennyiség. Ezt az eltolódást a szenzorra visszaverődő fény mennyisége rögzíti. Az idő múlásával ismétlődő minta érzékelésével a készülék kiszámítja, hogy percenként hány szívverés történt. Ezzel a technológiával a mai viselhető eszközök hihetetlenül pontosan mérik a pulzusszámot.
A vércukorszint viszont valami egészen más. „A pulzusszám a teljes vértérfogat változásaira összpontosít, ami a glükóz esetében nem igazán működik. A vér különféle sejtek, fehérjék, víz és más anyagok keverékéből áll, és a glükóz ennek csak egy apró töredéke – magyarázza Judith Su, az Arizonai Egyetem optikai tudományok és biomedicinális mérnöki docense. Ahhoz, hogy a vér mindezen összetevőiben kimutathassák a glükózt, alapvetően meg kell találni a módját annak, hogy megkülönböztessék a glükózt a többi összetevőtől.
Ráadásul a glükóz nagyon kis jelet produkál, és nagyon alacsony koncentrációban van jelen a szervezetben minden máshoz, különösen a vízhez képest, amely a legtöbb mérési technikában dominál a jelben. Emellett hajlamos átfedni más molekulákból származó jelekkel, továbbá a szöveteink is torzítják a jelét.
Mindezek ellenére a kutatók találtak egy monitorozó módszert, ami elég jól működik, a fény és az anyag kölcsönhatásán alapuló Raman-spektroszkópiát. A Raman-spektroszkópia során egy eszköz egyszínű lézersugarat küld egy anyagba, például a bőrbe. A fény nagy része – 99,999 százaléka – változatlanul verődik vissza, viszont a többi kölcsönhatásba lép a molekulákkal, és rezgésbe hozza azokat. Ezek a fotonok kissé, de határozottan eltérő módon verődnek vissza. Mivel a különböző molekuláknak, például a glükóznak, eltérő a kötésszerkezetük, a fényt is eltérő mintázatokban tolják el. Ezekből a különböző mintázatokból hozhatják létre a kutatók az úgynevezett Raman-spektrumot.
Ezután egy számítógépes rendszer összehasonlítja a mért fényspektrumot az ismert referencia-spektrumokkal. A mintázatok egyezéséből azonosítani tudja a molekulát. Végül a jellemző csúcsok intenzitása tükrözi a jelen lévő glükóz mennyiségét: egy kis csúcs alacsonyabb, egy nagyobb csúcs pedig magasabb glükózértéket jelent. Ez így egyszerűen hangzik, de a megvalósítása hihetetlenül nehéznek bizonyult.
Végül 2020-ban a Massachusettsi Műszaki Egyetem (MIT) és a Samsung kutatóinak sikerült pontosan megmérni a glükóz Raman-jeleit közvetlenül a bőrből. A fordulatot az hozta, hogy a lézerfényt nem merőlegesen, hanem kb. 60 fokos szögben vetítették a bőrre, míg a visszaverődő jelet merőlegesen gyűjtötték be. Ez a technikai trükk kiszűrte a nemkívánatos felszíni „zajt”, és a történelemben először tette lehetővé, hogy közvetlenül és tisztán láthatóvá váljanak a glükóz egyedi molekuláris ujjlenyomatai a bőrön át. Ez óriási áttörés volt, azonban egy asztali nyomtató méretű berendezésre volt szükség hozzá. 2025-re a csapatnak sikerült lecsökkenteni az eszköz méretét, de az még mindig cipősdoboznyi volt.
Ez a Raman-spektroszkópián alapuló eszköz monitorozta nem invazív módon a vércukorszintet úgy, hogy közeli infravörös fényt bocsátott át a bőrön, és megmérte az alatta lévő szövet kémiai összetételét
MIT/Jeon Woong Kang
Ideális esetben ez akkora lenne, hogy elférjen egy okosórában vagy egy okosgyűrűben. De sajnos ez még messze van a megvalósítástól. Mivel a Raman-jelek rendkívül gyengék, a rögzítésükhöz szükséges rendszer nagy érzékenységű optikai alkatrészeket igényel, egy erős lézert, lencséket és szűrőket, valamint egy spektrométert. A glükózérzékelés esetében ez a kihívás ráadásul megsokszorozódik, mivel a bőrben lévő glükózjel egészen parányi a körülötte lévő többi anyaghoz képest. Minél kisebb az eszköz, annál kevesebb fényt tud összegyűjteni, ami megnehezíti a glükóz (a jel) elkülönítését az összes többi zajtól. Emellett ott a Google-kudarc tanulsága is: egy vércukorszintet mérő eszköznek hihetetlenül pontosnak kell lennie, vagy meg sem kell próbálkozni vele.
A nem invazív glükózmonitorozás jövője most attól függ, hogy a kutatók képesek lesznek-e egy teljes laboratóriumi szoba optikai eszközeit egy viselhető eszközzé zsugorítani. A MIT csapata most ezen dolgozik, és a terveik szerint leghamarabb 2029-ben, de inkább 2030-ban jelenhet meg egy ilyen viselhető eszköz. Szóval ennek tudatában érdemes kezelni most a vércukorszintet (is) mérő eszközök reklámjait.
Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának Facebook-oldalát.
