מבוא: עידן חדש בניהול סוכרת

עבור מיליוני אנשים החיים עם סוכרת, ניטור גלוקוז יומי הוא שגרתית בלתי נמנעת.בדיקת אצבע מסורתית מספקת קריאה אמינה אבל מגיע עם כאב, אי נוחות, ואת הסיכון הקבוע של זיהום. במהלך העשור האחרון, חוקרים וחברות מכשירים רפואיים רדפו אחרי גל קדוש: מערכת לא פולשנית שמנטרת סוכר בדם ללא שבירה את העור.

מה זה Raman Spectroscopy?

ראמן spectroscopy הוא שיטה אנליטית שמשקפת את מצבי רטט של מולקולות על ידי אור מונוכרומטי מבריק (בדרך כלל לייזר) על מדגם ומדידת האור מפוזר.כאשר פוטונים אינטראקציה עם אג"ח כימי, חלק קטן מהם עובר פיזור לא פולשני - אפקט Raman - שבו אור מפוזרים באורכי גל.

איך זה עובד ב- biologs

כאשר חלים על עור אנושי או רקמות, לייזר קרוב-העור חודר כמה מ"מ לתוך dermis. האור המפוזר נושא מידע על ההרכב המולקולרי של התאים, נוזל בין-יסודי, ומולקולות גלוקוז של גלוקוז יש להקות נפרדות Raman, במיוחד סביב 1065 ס"מ-1 ו- 1125 ס"מ-1, בהתאמה לתנודות C-O ו-C-C-R-C-R.

יתרונות מרכזיים על שיטות ספציפיות של ספקטרוסקופיה

בהשוואה לקליטה כמעט-infrared (NIR) או אמצע-infrared spectroscopy, Raman מציעה פסגות חדות יותר, בולט יותר, צמצום הסיכון של חפיפה מחומרים מהפרעה במים הרבה יותר טוב מטכניקות אינפרא אדום, מה שהופך אותו באופן טבעי לסביבות ביולוגיות ממושכות, בניגוד לשיטות המבוססות על פלואוסטר, ראמאן אינו דורשות צבעיות או רקמות-מפוסקות אחרות.

שימוש ב-Raman Spectroscopy ל- Blood Glucose Monitoring

הרעיון המרכזי הוא פשוט: להציב מכשיר לא פולשני נגד העור, לכוון קרן לייזר בעוצמה נמוכה לתוך הרקמה, לאסוף את ה-Raman מפוזר אור, ולהשתמש במודל קלמנט כדי להמיר את הנתונים ספקטרליים לתוך קריאה ריכוז גלוקוז. המדידה כולה לוקח שניות, והחולה מרגיש לא מעבר לחום מתון מה לייזר.

תהליך המדידה בפרקטיקה

מכשירים פרוטוטיפים בדרך כלל משתמשים יחידת חסינה או טבלה המכילה לייזר מייצב (לעתים קרובות 785 nm או 830 nm), ספקטרומטר, CCD או CMOS גלאי, ומחשב לעיבוד אותות בדיקה הוא לחץ נגד אותות תצוגה נרחבים, עבור אדסנסציה, או אוזן - כמו עם צפיפות גבוהה של 1-10 שניות לאסוף מספיק כדי לספק ספקטרום דם, במיוחד.

נתונים אמיתיים

מחקרים קליניים מוקדמים הראו כי התאמה מבטיחה בין ערכי גלוקוז ופנימיים של ראמן-הפניה.מחקר ציון דרך 2014 על ידי שואו et al. השיג הבדל יחסי מוחלט (MARD) של כ-15-20% באמצעות ספקטרום ראמאן על קצות אצבעות אנושיות, עם רשת שגיאות קלארק שרשמה 90% מהקריאות באזורי A+B המקובלים הקליניים יותר מחוקרים ב-MIT ואוניברסיטת מיזורי הראו ירידה של כ- 20 אחוזים מ-ARMC) ב- 20 מחקרים ב-% מ-A.

יתרונות במבחנים מסורתיים

  • (ב) [15] אין שינוי: לא דם, שום עור שבור - קריטי לחולים עם פוביה מחט או דרישות בדיקה תכופות.
  • (ב) ,0)Zero conumables:FLT:1 No Test Strips, lancets, או חיישן הוספת ערכות לקנות ולפרק, צמצום עלויות ארוכות טווח ופסולת סביבתית.
  • (FLT:0) אלימינציה של הסיכון לזיהום: FLT:1 פצעים פתוחים מדקדקדק הם הגורם המוביל לזיהומים בעור סוכרת; בדיקות לא פולשניות מסירות את הסיכון הזה לחלוטין.
  • (FLT:0)פונטני למעקב מתמשך: FLT:1 כי ראמן הוא מהיר וחזור, מכשירים עתידיים יכולים לקחת קריאה כל כמה שניות ללא התערבות של משתמשים, המאפשר מעקב מתמשך באמת.
  • (FLT:0) יכולות של מורי-אנליטיות: ההרחבה 1 (FLT:1) אותה ספקטרום יכול גם לספק מידע על לקטטה, urea, קטונים, וסימנים ביולוגיים אחרים, פתיחת הדלת לניטור מטבולי מקיף.
  • (FLT:0) No חיישן סחף או ביו-fouling:031) שלא כמו CGMs מושתלים כי לאבד דיוק במשך שבועות עקב תגובות רקמות, חיישן אופטי נשאר יציב כל עוד אופטיקה הם נקיים.

אתגרים נוכחיים Hindering Widespread אימוץ

למרות היתרונות ברורים, ניטור גלוקוז מבוסס ראומן נותר ניסיוני במידה רבה.יש להתגבר על מכשולים טכניים ומעשיים רבים לפני שהמכשירים האלה מגיעים לשוק המוני.

המונחים: differentability

האתגר מספר אחד הוא אות הרקע המכריע של עור.מים, קולגן, מלנין, המוגלובין, ומולקולות אחרות לייצר אותות חזקים של Raman ו פלואורסנס כי הגדיל את שיא הגלוקוז בודדים בעור, הידבקות, טמפרטורה, פיגמנטציה, ואפילו הלחץ של בדיקות זמן נגד העור יכול לשנות את בסיס הגלוקוז עצמו הוא חלש מאוד - רק 1% של השפעות ארוכות טווח על פני השטח של שימוש ארוך טווח גבוה יותר מאפקטים אינטנסיביים על פני השטח (ה) על פני רמות גבוהות יותר של זמן קצר יותר מאפקטים שונים של חומרים רדיואקטיביים) על פני השטח של שימוש יעיל יותר מאשר על פני השטח של גלוקוז מתוחכמות גבוהה יותר מדגמיים בטווח של זמן קצר יותר מאשר על פני השטח של זמן קצר יותר מאפקטים שונים של זמן קצר יותר של זמן קצר יותר מאפקטים אינטנסיבי של זמן רב יותר מאפקטים (מונים).

מודלים אישיים ומודלים אישיים

רוב המחקרים המוצלחים של ראמן הגלוקוז התבססו על קיטור ספציפי לנושא: המכשיר מאומן על מאות דגימות מאדם יחיד במשך כמה שעות או ימים, יצירת קלמנט אוניברסלי שעובד על פני כל סוגי העור, הגילים, ומדינות מטבוליות נשארות בעיה של שיתוף פעולה בלתי פתור, ללא זה, מטופלים יצטרכו הליך של כיבוד ראשוני - ללא אפשרות לשילוב של מספר רב של אזכורים של טיפול תרופתי - אשר עדיין מתאים לגרסאות דומות של נתונים של טיפול תרופתיות, אך ורק לאחר שעדיין יש צורך ב-C.

דרישות מינימליות וכוח

תכונות ראומן באיכות גבוהה הן מאוד, מכשירים רגישים הדורשים מקורות לייזר יציבים, גלאי קירור, ואופטיקה מדויקת. שרילוק אותם לתוך גורם בצורת עוטה, מופעל סוללות ללא הקרבה של אותות יחס ל-noise הוא אתגר הנדסי עצום, כמו גם מודולים הנוכחיים של ספסל או יחידות ידיים גדולות.

מחקר ופיתוח מתמשך

קבוצות אקדמיות מרובות, סטארט-אפים וחברות מכשירים רפואיים מבוססות פועלים באופן פעיל על צג גלוקוז לא פולשני של ראמן.הגישות שלהם משתנות באופן נרחב בעיצוב ובאסטרטגיה.

קבוצות מחקר מפתח ותרומתם

באוניברסיטת קליפורניה, דייוויס, המעבדה של ד"ר ר' ון דוין חלוצי על פני השטח של ספקטרום Raman פיזור (SERS), אשר משתמשת על פני השטח של מתכת nanostructured כדי להגביר את אות הגלוקוז על ידי גורמים של 106 או יותר.SERS יכולים להתגבר על בעיית האותות החלשה, אבל הצורך להשתיל או להזריק חלקיקים מעלה את בטיחותם וחוקרים רגולטוריים באוניברסיטת רנטה באמת יכול להיות מופעל על ידי סרן חיצוני.

סטארטאפים ומכשירים Prototype

כמה סטארט-אפים הופיעו עם צג גלוקוז לא פולשני ראמן.RSP Systems בדנמרק פיתחה מכשיר בגודל שולחן עבודה שהראה תוצאות מבטיחות בניסוי קליני של 2022 עם 200 חולים סוכרתיים, שדיווח על 95% מהקריאות ב-Kelke שגיאות רשת A ו- B. החברה עובדת כעת על גרסה מבוססת-ידי מועמדת הצפויה להיכנס לניסויים רגולטוריים ב-2025.

כיוונים עתידיים: לבישים, AI ואינטגרציה

החזון האולטימטיבי הוא חיישן מבוסס ראמן המשולב בפס יד, שעון חכם, או אפילו טבעת, מתן נתונים גלוקוז רציף ללא מאמץ משתמש.

מיני-אופטיקה ו Detectors

מערכות מיקרואלקטרוניקה (MEMS) סריקה מראות ו-spectrometers מבוסס שבב (spectrometers על שבב) מתקדמות במהירות. חברות כמו DLP (Digital Light Processing) מפתחים מסננים ספקטרומטרים ספקטרליים שניתן להחליף מחסנים בגודל של גלאיים, כמו גם מערכת Raman מלאה על שבב של 1 ס"מ או פחות יכול להפוך לזמין בתוך חמש שנים כדי לאפשר ספסלים זעירים לשומן.

Machine Learning for Robust Calibration

מודלים למידה עמוקה, במיוחד רשתות עצביות אבולוציה (CNN) והופכים, הם להוכיח הרבה יותר מסוגל מאשר שיטות רגרסיה מסורתיות על מנת להפיק אותות גלוקוז חלשים רקעים מורכבים, משתנים.מודלים אלה יכולים ללמוד להתעלם מהבדלים בעור הפרט, פריטים בתנועה ותנודות טמפרטורה.לאחר אימון על נתונים שונים מספיק ומגוונים, הם עשויים להשיג ריצוף אוניברסלי - הגרם מקודש שיאפשר עבודה עבור כל מודל של נתונים המבוססים על ידי MIT.

שילוב עם מערכת Pancreas מלאכותית

תואמים באמת לא פולשני CGM שמתקשר ישירות עם משאבת אינסולין יאפשר pancreas סגורה לחלוטין-loop מלאכותיים.מערכות נוכחיות דורשות תוספות חיישן תכופים ו calibration, הגבלת אימוץ. חיישן מבוסס A Raman שמעולם לא צריך להחליף, לעולם לא גורם לתגובות עור, ומספק קריאה מיידית יכול להפוך את טכנולוגיית הלבלב מלאכותית ליותר נגישה.

מסלול התפטרות ואימות קליני

לפני המסחר, לפקחי גלוקוז Raman חייבים להפגין דיוק דומה ל- FDA-cleared CGMs (MARD < 10%) בניסויים קליניים גדולים, רב-אתריים.ה- FDA עדיין לא הוציא הדרכה ספציפית עבור צגים אופטיים שאינם פולשניים, אבל חברות עוסקות באופן פעיל עם הרגולטורים.המוצרים הראשונים יהיו 510(k) - מכוערים כמכשירים בכיתה 2, הדורשים מכשיר קליני בעל השפעה דומה ל-AMD) להפחתה משמעותית עבור ניתוח רפואי (כלומר, כולל מדדים).

מסקנה

ראמן spectroscopy עומד על הגבול של בדיקות גלוקוז בדם לא פולשני, המציע שילוב ייחודי של מפרט מולקולרי, ניתוח ללא תווית, תאימות עם רקמות ביולוגיות מוזרות, בעוד אתגרים נוכחיים - אותות חלשים, עמידות העור, ו miniaturization - להמשיך טיפול פסיכולוגי רב תחומי, התקדמות מהירה בהשקעות פוטוניקה, בינה מלאכותית, וחומרים מדעיים הם סגירה בהתמדה הפער בין Raemiciallyable, לבין מציאות רבת של טיפול פסיכולוגי, אשר עשוי לשנות את הלחץ היומי הארוך ביותר, עם טיפול מהיר יותר, עם טיפול פסיכולוגי, עם טיפול מהיר יותר, עם טיפול פסיכולוגי, עם טיפול פסיכולוגי, אשר יכול להיות מסוגל מאוד, עם טיפול מהיר יותר, עם טיפול מהיר יותר, עם טיפול פסיכולוגי, כדי לשנות את הפעילות.