激しい高機能症例イベントを管理するスマート糖尿病レンズデバイスの未来

糖尿病モニタリングの次世代:高血糖管理のためのスマートコンタクトレンズ

糖尿病管理は、指棒の血糖測定と断続的な監視に長い間依存しています。連続グルコースモニター(CGM)は、治療を大幅に改善しましたが、非侵襲的、控えめな、そしてリアルタイム監視のための探求は続きます。最も有望なフロンティアの1つは、スマート糖尿病型レンズデバイスの開発です。涙中のグルコースレベルを検出できるバイオセンサーと埋め込まれています。これらのデバイスは、潜在的な血液検査装置を瞬時に管理し、危険性疾患や異常を防止する可能性があることを目的としています。

スマート糖尿病レンズデバイスとは?

スマートな糖尿病レンズ装置は破損の液体でブドウ糖の集中を測定できる小型の電子センサーを組み込む柔らかく、堅いガス透過性接触レンズです。涙はわずかな時間ラグと、血糖レベルと相関するグルコースを含んでいます。レンズセンサーは電気化学的か光学メカニズムによってブドウ糖の集中の変化を検出します。ほとんどの設計は対されたスマートフォンか身につけられる装置にデータを送信するのに無線マイクロチップおよびアンテナを使用します。これはglucoseの検出をか、または微分なセンサーの近くで必要としません。

初期のプロトタイプは、AlconとコラボレーションしてGoogle(現在、Verily)によって開発されましたが、多くの学術および商業グループは、今、技術を強化しています。最近の反復は、センサーの安定性、涙液のサンプリング効率、および生体適合性を改善することに重点を置いています。コンセプトは、最初に2000年代初頭に実証されましたが、材料および電力の制約は2010年代半ばまで実用的なプロトタイプを遅らせました。今日、いくつかの企業が前方と初期臨床段階にあり、次の3年以内にCEマーキングを目指しています。

どのように涙グルコースは血糖値で相関する

涙グルコースと血糖の関係を理解することは重要です。研究では、グルコースレベルを破損させることで、約10〜20分遅れ、強い相関係数(r> 0.8の多くの研究で)の強い血糖値が低下するという研究が示されています。しかし、涙の生産率、点滅、環境条件などの要因は精度に影響を及ぼす可能性があります。スマートレンズは、口径測定アルゴリズムと冗長センサーを介してこれらの変数を考慮する必要があります。

ほとんどの研究では、相関を測定するためにグルコースクランプまたは経口グルコース許容テストを使用します。例えば、2016年はのJournal of Diabetes Science and Technologyは、健康な被験者が0.1から0.6 mmol / Lの範囲でグルコース濃度を裂くことがわかりました。糖尿病患者では1.0 mmol / Lを超えることがあります。このラグタイムは、この遅延を損傷した際に影響を受ける可能性があります。この遅延は、このレベルの脂肪を減少させる可能性があります。

急性高血圧症イベント:なぜ急速な検出のマットレス

急性高血糖イベントは、血糖中の突然のスパイクであり、250 mg / DL(13.9 mmol / L)を超えることが多い。彼らは、欠席インスリンの用量、病気、ストレス、または食物の不利から生じることができます。治療されていない場合、高血糖は、タイプ1糖尿病または高血症状態(HHS)の糖尿病2型糖尿病または高血糖値症(DKA)につながります。これらは、早期に消化不良や消化不良が起こる可能性があるため、そのような症状が、早期に高濃度が低下する可能性があります。

グルコースがしきい値を渡るとき従来のCGMsの警告ユーザーは、それらのセンサーは侵襲的であり、定期的な交換が必要です。彼らは継続的に涙をのサンプルし、針ベースのデバイスのシグマや不快感なしで着用することができるので、スマートレンズは、早期発見を提供できます。さらに、特に若い大人のために、侵襲的な監視の心理的負担は、疲労を監視し、警告を逃した可能性があります。睡眠中に着用したレンズは、指の欠如を捕捉える可能性があります。頻繁には、指のエピソードが欠落している。

リアルタイムアラートとプロアクティブな管理

スマートレンズは、グルコースレベルが急速に上昇したときにスマートフォンのアラームを振動またはトリガーするためにプログラムすることができます。これは、摩耗剤の時間を過敏症、水和、または高血糖値の前に活動を調整することができます。涙監視の連続的な性質は、さらに微妙な上向きの傾向がキャプチャされ、予測分析を可能にします。機械学習アルゴリズムは、日、食事のタイミング、またはインシュリン感受性に基づいて、過去の涙のパターンを分析することができます。

一部のデザインは、グルコースが閾値を超えたときに赤く輝くマイクロLEDを組み込んでおり、直接視覚キューを提供します。他の人は警告音を出すためにミニチュアスピーカーを使用します。クローズドループ設定では、レンズはインシュリンポンプを自動的に信号して補正の支柱を届けることができます。臨床シミュレーション研究では、高血症イベントの10分の早期検出が15〜20%までに時間範囲を低下させる可能性があることを示唆しています。

スマートレンズの働き方:レンズの中の技術

スマート糖尿病レンズの背後にあるエンジニアリングは驚くべきことです。重要なコンポーネントの分解は次のとおりです。

グルコースセンサー:]ほとんどのグルコース酸化酵素電極を使用して、グルコース濃度に電流比例した電気電流を生成します。または、グルコースの存在下での強度を変更する蛍光分子を使用してフォトニクスメソッドは開発中である。酵素センサーは、涙フィルムに制限することができる、共塩基として酸素を必要とします。新しい設計は、直接電子転送仲介器を使用して、安定性を改善します。
[マイクロエレクトロニクス:]]小さなチップは、センサーデータを処理し、ワイヤレス伝送を制御する。視覚を妨げることを避けるために、レンズの周辺に配置されます。アプリケーション固有の集積回路(ASIC)は、マイクロワットへの電力消費を削減し、エネルギー収穫によるバッテリーレス動作を可能にします。
Antenna:]通常、外部リーダー(パッシブシステム)からエネルギーを収穫するループアンテナ、またはアクティブ伝送用の薄膜電池が含まれています。 NFCとRFIDは一般的です。 Bluetoothの低エネルギーは、より広い範囲とデータスループットのために新興しています。
材料:]] 水素ゲルまたはシリコンハイドロゲル、高酸素透過性(Dk/t> 100)で、延長摩耗中にコルニール健康を維持します。センサーと電子機器は、腐食や剥離を防ぐためのパリレンまたは医療グレードのエポキシでカプセル化されています。
保護コーティング:[] タンパク質の蓄積を防ぎ、センサーの長寿を保証します。ヒアルロン酸コーティングは、抗菌層(シルバーナノ粒子)が感染リスクを低減しながら、濡れ性を改善し、摩擦を減らすことができます。

システム全体が極めて薄く、柔軟性があり、光学的にはっきりしなければなりません。消費電力は大きな課題を残します。多くのプロトタイプは、バッテリーなしでデータを転送するために近接フィールド通信(NFC)を使用しますが、この限界は範囲と周波数を読みます。マイクロバッテリーを備えたアクティブシステムでは、連続ストリーミングが許可されますが、厚さが増えます。ノベルエネルギーの収穫アプローチには、涙から電力を発生させるグルコースバイオ燃料電池が含まれており、自己持続センサーを作成します。

センサーの口径測定および漂流の補償

酵素センサーは、タンパク質バイオファリング、酵素劣化、および涙pHの変化による漂流に傾向があります。スマートレンズは、参照測定(例えば、指棒を1日1回)またはデュアルセンサー設計を採用することにより、定期的な再較正を組み込んでいます。1つのグルコースセンサーと1つの参照センサーは、涙の流れの変化のために正しいように、非グルコース特性(例えば、ナトリウム濃度)を測定します。いくつかの使い捨てラボは、毎日の安定性を除去する必要があります。

従来の監視方法上の利点

スマートレンズは、急性高血症イベントを管理するためのいくつかの異なる利点を提供します。

非侵襲的:[針、パッチ、または皮下インサートなし。これは痛み、感染症リスク、および医療廃棄物を削減します。針恐怖症またはインシュリンポンプサイト反応を持つ患者は、著しく利益を得ることができます。
[ 連続して控えめな:[ 指棒とは異なり、レンズはユーザーから任意のアクションなしで、ラウンドクロックデータを提供します。レンズは、着用可能な医療機器に関連付けられている社会的性的病理を避け、他の人に見えない。
早期検出:]] 涙グルコースと血糖の間の時間ラグは、断層流体グルコースと血糖の間のラグよりも短い(通常5〜15分CGM)。これはより高速なアラートを可能にすることができます。 CGMが見逃したり、後で報告したりする多角的なイベントをキャプチャします。
[ ビジョン補正との統合:[]]] 多くの糖尿病患者は、視力補正も必要です。スマートレンズは、処方電力で作ることができます。1つのデバイスで視力補助とグルコースの監視を組み合わせます。これは、他のすべての監視方法よりもユニークな利点です。
[]クローズドループシステムのためのPotential:[]]]インスリンポンプと直接通信することにより、スマートレンズは人工膵臓の一部を形成することができ、自動的に高血症を防ぐインスリン配達を調整することができます。コンタクトレンズフォームファクタは、血液型膜を介して血糖ダイナミクスの最も直接センシングを可能にします。
廃棄物の発生:] は、ランセット、テストストリップ、またはセンサーアプリケーターはありません。 24時間着用した単眼レンズは、複数の使い捨てアイテムを交換します。

未来の展開:プロトタイプから精密治療まで

今後10年はスマートレンズ技術の進歩が著しいと見なされます。いくつかの重要な分野は、アクティブな開発下にあります。

センサーの精度と安定性の向上

現在のプロトタイプは、センサーのドリフトと校正ドリフトで課題に直面しています。将来のレンズは、自己校正デュアルセンサー配列、グルコース用1、および参照用1(例えば、pHまたは酸素)を組み込んでノイズをキャンセルします。グラフェンやカーボンナノチューブなどのナノマテリアルは、より敏感で安定した電極を探索しています。一部のラボは、分子的に刻印されたポリマーを使用して、これらは、免疫活性物質を低下させる可能性があるため、これらの酸素を低下させることはできません。

人工知能と予測分析

涙のグルコースパターン、食事の摂取量、アクティビティ、インシュリンの用量の大きなデータセットで訓練された機械学習モデルは、高度血糖イベントを30〜60分前に予測することができます。この予測力は、一時的な基礎率の増加や補正線量を取るためのリマインダーなどの前方的な行動を可能にします。レンズ内のエッジコンピューティングやペアリングされたスマートフォンでは、これらのモデルをリアルタイムで実行できます。再発神経ネットワーク(LSTM)とトランスアーキテクチャは、特定のg-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-F-

インシュリンの伝達システムとの統合

最もエキサイティングな見込み客の1つは、スマートレンズがインシュリンポンプまたはスマートインシュリンペンと直接通信するクローズドループシステムです。レンズが急速に上昇するグルコースを検出すると、インシュリンの自動マイクロボルスをトリガーできます。これにより、患者の負担を軽減し、深刻な高血糖を予防します。初期の双方向通信レンズの作業は進行中ですが、規制のハードルは残っています。レンズポンプリンクは暗号化され、チップスが検出され、パイロットは、テスト済みのテストを行わないと、テスト済みのテスト済みです。

耐摩耗性・快適性を拡張

現在のスマートレンズのプロトタイプは、シングルユースまたは短期の摩耗(数日)のためにしばしば設計されています。将来の材料は、最大30日間連続着用することができます。高Dk / T(酸素透過性)と抗菌コーティングを有するシリコンハイドロゲルは、感染の危険性を最小限に抑えます。バッテリー技術も進化しています。超薄型フレキシブルリチウム電池または涙のグルコースから電力を生成する燃料電池は、数週間の操作を提供することができます。ストットガルト大学の研究者は、単一のバッテリーを充電するのに1時間未満の電力を発揮することができます。

データのセキュリティとプライバシー

任意のインプラント可能なまたはウェアラブル医療機器と同様に、データセキュリティはパラマウントです。製造業者は、暗号化されたワイヤレスプロトコルとローカル処理を開発して、データ伝送を最小限に抑えています。 FDAやCEなどの規制機関は、医療ソフトウェアおよびデータ処理の基準を確立しています。患者は、そのグルコースデータはプライベートのままであり、ブロックチェーンを悪用することはできません。ベースの健康とオンデバイスAI処理は、認証されていない限り、生センサーデータをレンズから離れることを確実にするために探しています。

多角形センシング

将来のスマートレンズは、グルコースを超えて行く可能性があります。研究者は、乳酸、ケトン(ベータヒドロキシブチルト)、コルチゾールのためのセンサーを追加します。同時グルコースとケトンのモニタリングは、ミスインシュリン(ハイケトン)と過食症(低ケトン)によって引き起こされる高血症の間で区別することができます。このデュアルアナリントアプローチは、例えば、過度の増悪症を防ぐため、予防策を指導することができます。

広がる採用への道の課題と障害

約束にもかかわらず、スマート糖尿病レンズが高血糖管理のための標準的なツールになる前に、いくつかのハードルを克服しなければなりません。

センサーの正確さおよび破損の可変性

ティアグルコースレベルは、眼刺激、アレルギー、泣き、または乾眼症候群などの血糖と関連しない要因の影響を受けることができます。センサーはこれらの変化に堅牢でなければなりません。さらに、血液と涙グルコースの間のラグタイムは定数ではなく、涙の流れ速度に基づいて変化する可能性があります。高度なアルゴリズムは、これらの動的に補正する必要があります。臨床試験では、いくつかのスマートレンズが、比較の10%を達成するという結果が示されています。これらは、CGMDが特定の結果にマッチするだけでなく、CGMDが特定の結果を得る必要があります。比較は、CGMDGMは、CGMが、CGMが、CGMが、CGMが適切に調整されるかどうかを判断するかどうかを判断するかどうかを判断するかどうかを判断するかどうかを判断します。

規制の承認と標準化

スマートな糖尿病レンズはまだグルコースの監視のためのFDAかセリウムの整理を受け取りませんでした。装置は光学矯正レンズと医学センサーを結合するので、規制パスは複雑です。安全テストは、眼の健康、電磁妨害および長期生物適合性に取り組む必要があります。最初の承認されたプロダクトは急性hyperglycemiaのための警報ではなく、欠陥が蓄積するにつれて段階的な拡張のための限られるかもしれません。 FDAは非侵襲的なgive装置のための草案を発しましたが、特定のレンズは特定のセンサーを定めるが特定のレンズのために規定されています。

ユーザー導入とコスト

コンタクトレンズの着用者はすでに費用に直面し、電子機器を追加することで、価格を大幅に増加する可能性があります。保険とメディケアからの払い戻しは、広範な採用にとって不可欠です。さらに、コンタクトレンズを着用していない患者は、インサートとケアを学ぶのに非常に危険である可能性があります。教育キャンペーンと簡単な単価のデザインは、助けることができるでしょう。初期の採用担当者は、レンズ衛生と既に快適であるタイプ1糖尿病の現在のコンタクトレンズユーザーである可能性があります。スケールでの製造は、課題を残します: 使い捨てレンズの交換とほぼ同じくする費用で、電子レンズを生成する必要があります。

伝統CGMから競争

Dexcom、Abbott、およびMedtronicのような企業は、連続グルコースモニターを小さく、安く、より正確にしました。スマートレンズは、非侵襲的な測定、ビジョン補正、およびhyperglycemiaを以前に検出する能力などのユニークな利点を提供することによって差別化しなければなりません。従来のCGMが同様の精度とウェアラビリティを達成すると、スマートレンズの市場はニッチアプリケーションに限定される可能性があります。しかし、非侵襲的側面とビジョンを提供する能力は、それらのプロファイルの適切な特性を低下させる必要があるか、CGMが、それらのプロファイルの適切な特性を低下させる必要があるか、CGMが望ましいかどうかを判断します。

眼科の健康リスク

コンタクトレンズの拡張摩耗は、腐食性感染症、neovascularization、およびドライアイのリスクを増加させます。電子機器やマイクロコンポーネントを追加すると、慎重に設計されていない場合、これらの問題が悪化する可能性があります。センサーは、ワイヤレス充電中にわずかに加熱し、材料は毒性物質を漂白してはいけません。動物モデルおよびヒトの長期安全研究は不可欠です。最初の製品は、感染リスクを最小限に抑えるために、毎日の使い捨て使用に限定される可能性があり、マルチイヤーの安全データを必要とする拡張されたウェアバージョンで。

臨床研究と現実世界データ

複数の学術グループは、小規模な人間の試験を実施しました。例えば、Utah大学の研究者は、グルコースと内陸圧力を同時に測定する軟式レンズを開発しました。結果は、経口グルコース耐性試験中に血糖と良好な相関性を示した。 KAIST(韓国)による別の研究では、グルコースが250mg / DLを超えるときにオンに変わる内蔵LEDでレンズを実証しました。高血糖値の許容差試験の直接ビジュアルアラート。 1時間以上で、イタリアのレンズをPFCAとテストしました。

しかし、ほとんどの研究では、ドライアイ、アレルギー、または角膜異常症の患者を除外しています。多様な人口の現実的なパフォーマンスは検証されるままです。大規模の縦方向の試験は、スマートレンズが重度の高血糖イベントの発生率を低下させ、HbA1cを改善できることを証明するために不可欠です。最初のピボタルトライアルは、タイプ1糖尿病患者200人以上で、6ヶ月にわたってそれらを従うことが期待され、低血糖値および低血糖値の早期値と低血糖値の比較は、CGMA1cを増加させる。

将来の試験のための主要な臨床エンドポイント

ベースラインと比較して250mg/dL(TAR)以上で費やした時間の削減
緊急部のDKAまたはHHSの訪問を30%以上削減
患者の満足度と生活スコアの質の向上(例、DDS、PAIDアンケート)
高度血糖クランプ研究中の静脈血糖と比較して精度 - ターゲットマード 15%以下
安全エンドポイント: 腐食汚れ、赤み、感染症、および主観的な快適さの評価の発生率

結論: それでも必要な仕事の変形用具

スマート糖尿病レンズデバイスは、急性高血糖イベントを管理するための大胆なビジョンを表しています。非侵襲的、連続的、早期に血糖値上昇の検出を提供することで、患者が予防措置を取ることと危険な合併症を回避することを可能にします。この技術は、実験室のプロトタイプから臨床検査に印象的な課題を打ち出しましたが、重要な課題はセンサーの精度、ウェアラビリティ、規制当局の承認、およびコストにとどまります。人工知能と材料科学が進化するにつれて、これらのレンズはすぐに不可欠であるかもしれません。これらの検査は、糖尿病と診断の両者の検査に重要な要素が必要です。

糖尿病ケアの未来は、シームレスで統合され、そして積極的なシステムに向かって動きます。スマートレンズは、特に高血糖の早期発見と逆転で、最終的には糖尿病と生きる物理的および感情的な負担を軽減するという位置付けられています。しかし、それは期待を和らげることが重要です。プロトタイプから承認された医療機器へのパスは長く、スマートレンズが多様な人口にわたって検証されるまで、今日の患者は、CGMテクノロジーを確立する必要があります。継続的な投資と厳格な臨床検査では、市販のレンズが5年以内に及ぶスマートレンズが、市販の市場におけるスマートレンズのリードタイムリーチングに役立ちます。

外部リンク: CGM承認経路に関するFDA情報。 ]]を参照してください。グルコース監視オプションの英国概要。