Un dispositif optique de la taille d'une boîte à chaussures lit le glucose directement à travers la peau en quelques secondes, offrant ainsi une étape prometteuse vers une surveillance du glucose véritablement non invasive au point d'intervention.
Pipeline pour le développement de CGM compacts basés sur BRS. (a) Pipeline de développement de stratégies. (b) Signal Raman à spectre complet mesuré de composants individuels et signaux fantômes de tissus modélisés : PBS (ligne bleue), solution intralipidique à 20 % dans l'eau (ligne verte) ; Solution de glucose à 20 % dans l'eau (ligne rouge) ; fantôme de tissu simulé sans glucose (ligne noire); fantôme de tissu simulé à haute teneur en glucose (ligne rose). (c) Schéma du système optique pour BRS. HS : dissipateur thermique ; TEC : contrôle de la température ; DM : miroir en forme de D ; BB : bloqueur de faisceau ; LLF : filtre de ligne laser ; AD : doublet achromatique ; LPF : filtre passe-long ; BPF : filtre passe-bande ; APD : photodiode amplifiée ; PD : photodiode (d) Spectres Raman simulés autour du pic Raman du glucose à 1125 cm–1 à travers 11 niveaux de glucose. Les zones de cisaillement indiquent les bandes choisies pour le BRS.
Une étude récente publiée dans la revue Chimie analytique rapporte que le Massachusetts Institute of Technology (MIT) les chercheurs ont développé un appareil non invasif basé sur la lumière, capable de mesurer avec précision la glycémie en moins d'une minute.
Sommaire
Besoin mondial d’une meilleure surveillance du glucose
Le diabète, une maladie métabolique chronique caractérisée par une glycémie élevée, est devenu une crise de santé publique importante à l'échelle mondiale, avec des projections indiquant 592 millions de cas d'ici 2035. Une surveillance efficace et précise de la glycémie est la pierre angulaire du traitement et de la gestion du diabète.
La méthode traditionnelle de piqûre au doigt est depuis longtemps l'approche standard, utilisant des lancettes et des bandelettes réactives pour mesurer la glycémie capillaire. Cependant, l’utilisation de cette méthode quotidiennement, plusieurs fois par jour, n’est pas pratique pour une surveillance continue de la glycémie, ce qui entraîne un sous-test et un risque accru de complications graves pour la santé chez les personnes atteintes de diabète.
Plusieurs dispositifs portables ont également été développés pour la surveillance continue du glucose grâce à des capteurs implantés juste sous la peau. Ces glucomètres continus disponibles dans le commerce s'appuient sur des microaiguilles peu invasives pour mesurer les niveaux de glucose dans le liquide interstitiel et doivent généralement être remplacés tous les 10 à 14 jours. Cependant, ces systèmes ne sont pas totalement non invasifs et contribuent aux coûts permanents et à la charge des appareils.
Pour surmonter ces limitations, plusieurs méthodes non invasives ont été développées, notamment la spectroscopie vibrationnelle qui cible directement les signatures moléculaires du glucose, et la spectroscopie photothermique et photoacoustique qui analyse les changements thermiques ou acoustiques des propriétés tissulaires induits par l'absorption du glucose.
Certaines méthodes indirectes, telles que la photopléthysmographie et l'analyse respiratoire, ont également vu le jour pour surveiller les niveaux de glucose en mesurant les effets physiologiques secondaires ou les sous-produits du métabolisme du glucose.
Beaucoup de ces méthodes utilisent l’intelligence artificielle (IA) pour traiter des signaux complexes et bruyants, ce qui nécessite une formation approfondie et peut manquer de robustesse et de généralisabilité à différents individus et conditions physiologiques.
Présentation d'un dispositif non invasif basé sur Raman
Pour relever ces défis, MIT les chercheurs ont développé un capteur portable compact, non invasif basé sur la spectroscopie Raman utilisant une spectroscopie Raman passe-bande (BRS) approche pour la surveillance continue de la glycémie. La spectroscopie Raman est une technique qui consiste à projeter une lumière proche infrarouge ou visible sur des tissus ou des cellules pour révéler leur composition chimique. Le principe de base est d’analyser la manière dont la lumière proche infrarouge ou visible est diffusée ou déviée lorsqu’elle rencontre différents types de molécules dans les tissus ou les cellules.
Faire progresser la spectroscopie Raman passe-bande
Les chercheurs ont développé ce système basé sur Raman pour quantifier efficacement et précisément les niveaux de glucose grâce à une optique optimisée et des mesures spectrales physiquement interprétables. Le système a été monté sur des planches à pain et fermé, ce qui a donné lieu à un dispositif compact et portable de surveillance du glucose, capable de mesurer directement les signaux Raman du glucose provenant de la peau.
Les signaux Raman du glucose, générés par le proche infrarouge (830 nm) la lumière, sont généralement trop petits pour être facilement distingués de tous les autres signaux générés par les molécules cellulaires ou tissulaires. Pour filtrer ces signaux indésirables, les chercheurs ont projeté une lumière proche infrarouge sur la peau sous un angle différent de celui utilisé pour collecter le signal Raman résultant. Cette configuration hors axe supprime la lumière diffusée de manière élastique et améliore les fonctionnalités Raman spécifiques au glucose.
Un spectre Raman contient généralement environ 1 000 bandes, qui sont des régions spectrales correspondant à des caractéristiques moléculaires spécifiques. Parmi ces bandes, les chercheurs ont sélectionné et analysé seulement trois bandes spectrales stratégiquement choisies autour du pic Raman principal du glucose, en utilisant deux bandes latérales adjacentes comme références intraspectrales pour mesurer les niveaux de glucose dans le sang. Cette approche leur a permis de mesurer avec un appareil économique de la taille d’une boîte à chaussures, sans nécessiter d’acquisition à spectre complet ni de modèles complexes pilotés par l’IA.
Test et validation du dispositif prototype
Les chercheurs ont mené des expériences de validation initiales en utilisant des fantômes de tissu optique sur une large gamme de concentrations de glucose, suivies d'une étude pilote intracutanée pour étudier l'efficacité de ce système portable basé sur Raman dans la surveillance continue des niveaux de glycémie chez un participant humain.
L'étude a été menée sur un volontaire masculin en bonne santé âgé de 27 ans, qui a posé son bras sur le dessus de l'appareil, et un faisceau proche infrarouge de l'appareil a brillé à travers une petite fenêtre en verre sur la peau pour effectuer la mesure. Les mesures ont été prises toutes les cinq minutes sur une période de quatre heures.
Pour une analyse comparative, deux glucomètres continus invasifs disponibles dans le commerce ont été insérés dans l'autre bras du participant pour mesurer les niveaux de glucose toutes les 5 minutes. Un glucomètre standard à un doigt a également été utilisé pour mesurer la glycémie toutes les 10 minutes.
Pour induire des changements dynamiques dans les concentrations de glucose dans le sang, il a été demandé au participant de boire deux boissons au glucose de 75 grammes pendant l'essai. Les résultats finaux de l'essai ont indiqué que les mesures du dispositif basé sur Raman suivaient de près les tendances de la glycémie et concordaient avec celles des dispositifs invasifs commerciaux, avec des mesures de performances comparables à celles des glucomètres continus commerciaux actuels.
Implications pour la surveillance future de la glycémie
Le dispositif Raman portable et non invasif développé dans l'étude démontre des performances préliminaires prometteuses pour la surveillance continue des niveaux de glucose dans le sang, avec une précision de mesure comparable à celle des glucomètres invasifs disponibles dans le commerce dans ce cadre pilote. L'appareil prend environ 36 secondes pour effectuer une mesure, ce qui donne une durée totale de mesure inférieure à une minute.
Bien que les résultats actuels soient basés sur un seul participant en bonne santé, ces observations préliminaires constituent une base solide pour de futures études portant sur des populations plus vastes et plus diversifiées, y compris des personnes atteintes de diabète, afin de mieux comprendre le potentiel de cette technologie au point de service.
L'appareil s'avère prometteur en transformant la surveillance du glucose, en offrant portabilité, accessibilité, précision et continuité pour les futures applications de gestion de la santé clinique et personnelle, avec le potentiel de réduire le recours aux tests par piqûre au doigt et aux capteurs sous la peau au fil du temps.
