Dr. Amalia Ionescu, Veröffentlicht am: 30.03.2024, Lesezeit: 5 Minuten

Diabetes ist eine chronische Erkrankung, von der weltweite Millionen von Menschen betroffen sind. Die Behandlung von Diabetes erfordert eine regelmäßige Überwachung des Blutzuckerspiegels, um eine ordnungsgemäße Kontrolle zu gewährleisten und Komplikationen zu vermeiden. In der Vergangenheit wurde dazu eine Blutprobe durch Stechen in den Finger entnommen und untersucht. Die jüngsten technologischen Fortschritte haben jedoch das Diabetesmanagement revolutioniert, indem sie eine zuverlässige Blutzuckermessung ohne Stechen in den Finger ermöglicht haben.

Nicht-invasive Glukosemessung

Unter nicht-invasiver Glukosemessung (NIGM) versteht man die Überwachung des Blutzuckerspiegels, ohne dass invasive Verfahren wie das Stechen in den Finger erforderlich sind. Mehrere Unternehmen, darunter Abbott und Dexcom, haben tragbare Pflaster mit Mikronadeln zur intrakutanen Implantation entwickelt. Diese Pflaster bieten eine bequeme und weniger schmerzhafte Alternative zum herkömmlichen Stechen in den Finger. Sie können jedoch nur den Glukosespiegel in der Zwischenzellflüssigkeit (ISF) und nicht im Blut selbst messen.

Der ISF-Glukosespiegel ist niedriger als der im Blut, da er aus den Blutkapillaren austritt. Darüber hinaus kann der ISF-Glukosespiegel durch Faktoren wie pH-Wert, Flüssigkeitsgehalt und Temperatur beeinflusst werden, was sich wiederum auf das ISF-Volumen auswirken kann. Außerdem kann die Verwendung von Mikronadeln in NIGM-Geräten die Haut reizen und zu mikrobiellen Infektionen führen.

Um diese Einschränkungen zu überwinden, haben Forscher nadellose Technologien wie die Terahertz-Spektroskopie (THz) und die Raman-Streuungsspektroskopie erforscht. Bei der THz-Spektroskopie wird Glukose auf der Grundlage der Lichtabsorption nachgewiesen, aber sie unterliegt einem starken Rauschen und kann Glukose mit anderen Biomolekülen verwechseln. Die Raman-Streuungsspektroskopie hingegen nutzt Schwingungsspektralprofile zum Nachweis von Glukose, hat aber schwache Signale, die durch kohärente Anti-Stokes-Raman-Spektroskopie (CARS) oder stimulierte Raman-Streuung (SRS) verbessert werden können.

Optoakustischer Sensor im mittleren Infrarotbereich

In einer kürzlich in Nature Metabolism veröffentlichten Studie wurde eine neue Technologie vorgestellt, die die Absorptionsspektroskopie im mittleren Infrarotbereich (mid-IR) zur nicht-invasiven Glukosemessung nutzt. Bei diesem Ansatz werden optische, optoakustische oder thermische Detektionsmethoden eingesetzt, um starke Signale zu erzeugen. Ein Problem bei dieser Methode ist jedoch die Absorption von Licht durch die oberflächlichen Hautschichten anstelle von Glukose, was zu falschen Ergebnissen führen kann.

Um dieses Problem zu lösen, entwickelten die Forscher einen tiefengesteuerten optoakustischen Sensor im mittleren Infrarotbereich (DIROS). DIROS nutzt zeitgesteuerte optoakustische Signale im mittleren Infrarotbereich, um die genaue Tiefe zu bestimmen, in der die Glukoseabsorption in der Haut gemessen wird. Durch den Nachweis von Glukose in blutreichen Hautbereichen kann DIROS den Blutzuckerspiegel in Echtzeit anstelle von ISF-Glukose messen. Wichtig ist, dass DIROS die Glukosemessung in den äußersten Hautschichten vermeiden kann, wodurch potenzielle Fehler aufgrund von Schwankungen der Hautfeuchtigkeit minimiert werden.

Ergebnisse der Studie

Im Rahmen der Studie wurden Messungen des Blutzuckerspiegels mit Hilfe einer tiefenselektiven optoakustischen Detektion am Ohr einer Maus durchgeführt. Diese Messungen wurden mit optoakustischen Messungen an den Kapillaren verglichen, und die Ergebnisse bestätigten die Genauigkeit der auf mittlerem IR basierenden Ergebnisse. Die Ergebnisse bestätigten die Genauigkeit der auf dem mittleren IR basierenden Ergebnisse. Die optoakustische Messung ermöglichte ein tieferes Eindringen in die Haut und erreichte den Übergang zwischen Dermis und Epidermis, der reich an Kapillaren ist und eine Blutzuckermessung in Echtzeit ermöglicht.

Die Forscher sammelten fast 5.000 optoakustische Messpunkte in einem Raster von 70 x 70 Punkten und beobachteten leichte Unterschiede in der Tiefe, in der die Messungen zwischen den einzelnen Punkten vorgenommen wurden. Es wurden genaue Blutzuckerwerte mit einem ausreichenden Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) erzielt, die eine In-vivo-Glukosebestimmung bei normalen Konzentrationen ermöglichen, selbst bei Vorhandensein von potenziell kontaminierenden Molekülen wie Laktat.

Im Rahmen der Studie wurden auch Messungen aus blutkapillarreichen Bereichen (P1) und relativ avaskulären Bereichen (P2) verglichen. Die P1-Werte stimmten eng mit den mit dem Glukosemesser aufgezeichneten Blutzuckerkonzentrationen überein, während sich die P2-Werte langsamer veränderten, was die verzögerten Veränderungen der ISF-Glukose widerspiegelt. Dieses Ergebnis unterstreicht die Bedeutung der Glukosemessung in vaskulären Bereichen für genauere und zuverlässigere Ergebnisse.

Zukünftige Implikationen

Die Entwicklung von DIROS stellt einen bedeutenden Fortschritt in der Glukosemesstechnik dar. Durch die Verbesserung der Präzision und Genauigkeit der Blutzuckermessung innerhalb des physiologischen Bereichs hat DIROS das Potenzial, das Diabetesmanagement zu revolutionieren. Es eröffnet Möglichkeiten für die Entwicklung von Systemen zur kontinuierlichen Messung des Stoffwechsels, die den Benutzer auf Abweichungen von gesunden Stoffwechselparametern hinweisen können.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Einführung einer zuverlässigen Blutzuckermessung ohne Stechen in den Finger durch nicht-invasive Glukosemessverfahren wie DIROS neue Hoffnung für Menschen mit Diabetes bietet. Dieser innovative Ansatz macht nicht nur den schmerzhaften Stich in den Finger überflüssig, sondern liefert auch Blutzuckermessungen in Echtzeit, die genauer und zuverlässiger sind. Mit weiteren Fortschritten auf diesem Gebiet können wir erhebliche Verbesserungen im Diabetesmanagement und eine bessere Lebensqualität für die von dieser chronischen Krankheit Betroffenen erwarten.

Fazit

Die Revolution im Diabetesmanagement durch eine zuverlässige Blutzuckermessung ohne Stechen in den Finger steht kurz bevor. Nicht-invasive Blutzuckermessverfahren wie DIROS bieten eine vielversprechende Alternative zu den herkömmlichen Methoden, die genaue Blutzuckermessungen in Echtzeit ermöglichen. Mit dem weiteren Fortschritt der Technologie können sich Menschen mit Diabetes auf eine Zukunft freuen, in der das Diabetesmanagement bequemer, schmerzfreier und effektiver wird.

Quellen und weiterführende Informationen

  1. Uluc, N., Glasl, S., Gasparin, F., et al. (2024). Non-invasive measurements of blood glucose levels by time-gating mid-infrared optoacoustic signals. Nature Metabolism. doi:10.1038/s42255-024-01016-9.
  2. Diabetes management, Wikipedia 2024.

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