Un dispositivo óptico del tamaño de una caja de zapatos puede leer la glucosa directamente a través de la piel en cuestión de segundos, lo que representa un prometedor avance hacia una monitorización de la glucosa verdaderamente no invasiva y en el punto de atención.
Pipeline for the development of compact BRS-based CGM. (a) Strategy development pipeline. (b) Measured full-spectrum Raman signal of individual components and modeled tissue phantom signals: PBS (blue line), 20% intralipid solution in water (green line); 20% glucose solution in water (red line); simulated no-glucose tissue phantom (black line); simulated high-glucose tissue phantom (pink line). (c) Scheme of the optical system for BRS. HS: heat sink; TEC: temperature control; D-M: D-shaped mirror; BB: beam blocker; LLF: laser line filter; AD: achromatic doublet; LPF: long-pass filter; BPF: band-pass filter; APD: amplified photodiode; PD: photodiode (d) Simulated Raman spectra around the Raman peak of glucose at 1125 cm–1 through 11 glucose levels. Shear areas indicate the chosen bands for BRS.
Un estudio reciente publicado en la revista Analytical Chemistry informa que investigadores del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) han desarrollado un dispositivo basado en la luz, no invasivo, que puede medir con precisión los niveles de glucosa en sangre en menos de un minuto.
Necesidad global de una mejor monitorización de la glucosa
La diabetes, una condición metabólica crónica caracterizada por niveles elevados de glucosa en sangre, se ha convertido en una importante crisis de salud pública a nivel mundial, con proyecciones que indican 592 millones de casos para 2035. Una monitorización eficaz y precisa de la glucosa en sangre es la piedra angular del tratamiento y la gestión de la diabetes.
El método tradicional de pinchazo en el dedo ha sido durante mucho tiempo el enfoque estándar, utilizando lancetas y tiras reactivas para medir la glucosa capilar. Sin embargo, utilizar este método todos los días, varias veces al día, es poco práctico para la monitorización continua de la glucosa, lo que lleva a una subestimación de las pruebas y a un mayor riesgo de complicaciones graves de salud en personas con diabetes.
También se han desarrollado varios dispositivos portátiles para la monitorización continua de la glucosa a través de sensores implantados justo debajo de la piel. Estos monitores continuos de glucosa disponibles comercialmente se basan en microneedles mínimamente invasivos para medir los niveles de glucosa en el líquido intersticial y, por lo general, deben reemplazarse cada 10 a 14 días. Sin embargo, estos sistemas no son totalmente no invasivos y contribuyen a los costes y la carga del dispositivo.
Para superar estas limitaciones, se han desarrollado varios métodos no invasivos, incluida la espectroscopia vibracional que se dirige directamente a las firmas moleculares de la glucosa, y la espectroscopia fototérmica y fotoacústica que analiza los cambios térmicos o acústicos en las propiedades de los tejidos inducidos por la absorción de glucosa.
También han surgido algunos métodos indirectos, como la fotopletismografía y el análisis del aliento, para monitorizar los niveles de glucosa midiendo los efectos fisiológicos secundarios o los subproductos del metabolismo de la glucosa.
Muchos de estos métodos utilizan inteligencia artificial (IA) para procesar señales complejas y ruidosas, lo que requiere una formación exhaustiva y puede carecer de solidez y generalización en diferentes individuos y condiciones fisiológicas.
Presentación de un dispositivo no invasivo basado en Raman
Para abordar estos desafíos, los investigadores del MIT desarrollaron un sensor portátil, compacto y no invasivo basado en la espectroscopia Raman utilizando un enfoque de espectroscopia Raman de banda estrecha (BRS) para la monitorización continua de la glucosa. La espectroscopia Raman es una técnica que proyecta luz infrarroja cercana o visible sobre tejidos o células para revelar sus composiciones químicas. El principio básico es analizar cómo la luz infrarroja cercana o visible se dispersa, o se desvía, al encontrarse con diferentes tipos de moléculas en los tejidos o las células.
Avance de la espectroscopia Raman de banda estrecha
Los investigadores desarrollaron este sistema basado en Raman para cuantificar de manera eficiente y precisa los niveles de glucosa a través de una óptica optimizada y métricas espectrales físicamente interpretables. El sistema se montó en placas de pruebas y se encerró, lo que resultó en un dispositivo de monitorización de la glucosa compacto y portátil capaz de medir directamente las señales de Raman de la glucosa de la piel.
Las señales de Raman de la glucosa, que se generaron a través de la luz infrarroja cercana (830 nm), generalmente son demasiado pequeñas para distinguirse fácilmente de todas las demás señales generadas por las moléculas celulares o tisulares. Para filtrar estas señales no deseadas, los investigadores proyectaron luz infrarroja cercana sobre la piel en un ángulo diferente al utilizado para recoger la señal de Raman resultante. Esta configuración fuera del eje suprime la luz dispersada elásticamente y mejora las características de Raman específicas de la glucosa.
Un espectro de Raman contiene típicamente alrededor de 1.000 bandas, que son regiones espectrales que corresponden a características moleculares específicas. Entre estas bandas, los investigadores seleccionaron y analizaron solo tres bandas espectrales estratégicamente elegidas alrededor del pico principal de Raman de la glucosa, utilizando dos bandas laterales adyacentes como referencias intraspectrales para medir los niveles de glucosa en sangre. Este enfoque les permitió medir con un dispositivo rentable del tamaño de una caja de zapatos, sin necesidad de adquisición de espectro completo o modelos complejos basados en IA.
Prueba y validación del prototipo del dispositivo
Los investigadores realizaron experimentos de validación iniciales utilizando fantasmas ópticos de tejidos en un amplio rango de concentraciones de glucosa, seguidos de un estudio piloto intra-cutáneo para investigar la eficiencia de este sistema portátil basado en Raman en la monitorización continua de los niveles de glucosa en sangre en un participante humano.
El estudio se llevó a cabo en un voluntario masculino sano de 27 años, que colocó su brazo sobre la parte superior del dispositivo, y un haz de luz infrarroja cercana del dispositivo brilló a través de una pequeña ventana de vidrio sobre la piel para realizar la medición. Las mediciones se tomaron cada cinco minutos durante un período de cuatro horas.
Para un análisis comparativo, se insertaron dos monitores continuos de glucosa invasivos disponibles comercialmente en el otro brazo del participante para medir los niveles de glucosa cada 5 minutos. También se utilizó un glucómetro estándar de pinchazo en el dedo para medir los niveles de glucosa en sangre cada 10 minutos.
Para inducir cambios dinámicos en las concentraciones de glucosa en sangre, se le indicó al participante que bebiera dos bebidas de glucosa de 75 gramos durante el ensayo. Los hallazgos finales del ensayo indicaron que las mediciones del dispositivo basado en Raman rastrearon estrechamente las tendencias de la glucosa y coincidieron con las de los dispositivos invasivos comerciales, con métricas de rendimiento comparables a las de los monitores continuos de glucosa comerciales actuales.
Implicaciones para la futura monitorización de la glucosa
El dispositivo portátil y no invasivo basado en Raman desarrollado en el estudio demuestra un rendimiento preliminar prometedor para la monitorización continua de los niveles de glucosa en sangre, con una precisión de medición comparable a la de los monitores de glucosa invasivos disponibles comercialmente en este entorno piloto. El dispositivo tarda aproximadamente 36 segundos en completar una medición, lo que resulta en un tiempo de medición total de menos de un minuto.
Si bien los hallazgos actuales se basan en un único participante sano, estas observaciones preliminares proporcionan una base sólida para futuros estudios con poblaciones más amplias y diversas, incluidas personas con diabetes, para comprender mejor el potencial de esta tecnología de atención en el punto de atención.
El dispositivo promete transformar la monitorización de la glucosa, ofreciendo portabilidad, accesibilidad, precisión y continuidad para futuras aplicaciones de gestión clínica y de la salud personal, con el potencial de reducir la dependencia de las pruebas con pinchazos en el dedo y los sensores debajo de la piel con el tiempo.
