Nuovo sensore ottico di glucosio

Milioni di diabetici si pungono il dito per una goccia di sangue alcune volte al giorno per controllare i livelli di glucosio. Oltre ad essere scomodi, questi test possono evitare cali improvvisi o esplosioni di zucchero nel sangue. Le letture frequenti sono più facili con i sensori che possono essere impiantati nella pelle di un paziente. Ma i sensori di glucosio oggi disponibili possono causare infezioni dopo pochi giorni e sono ingombranti e costosi.

Ricercatori guidati da Gerald Loeb , un professore di ingegneria biomedica presso la University of Southern California, sta ora lavorando a un design del sensore di glucosio basato sulla tecnologia ottica. Il design promette di realizzare sensori sensibili, convenienti e meno invasivi.

La tecnica prevede la misurazione del cambiamento nelle emissioni fluorescenti che si verifica quando il glucosio si lega a determinate molecole. Il sensore è una minuscola fibra ottica che potrebbe essere impiantata nella pelle di un paziente. Per leggere le concentrazioni di glucosio, un analizzatore portatile farà brillare la luce ultravioletta nell'estremità libera della fibra e misurerà la fluorescenza, afferma Loeb.

Attaccata all'estremità della fibra all'interno della pelle c'è una matrice polimerica di polietilene-glicole intervallata da coppie di sostanze chimiche strettamente legate, ciascuna etichettata con una diversa molecola fluorescente. Sotto la luce ultravioletta, le molecole legate brillano ad una lunghezza d'onda. Quando i ricercatori mettono la matrice in una soluzione di glucosio, le molecole di glucosio eliminano e sostituiscono una delle sostanze chimiche, il destrano. Di conseguenza, il complesso chimico inizia a emettere a due diverse lunghezze d'onda. Il rapporto delle intensità di fluorescenza alle due lunghezze d'onda è proporzionale alla concentrazione di glucosio.

Secondo Loeb, il sensore dovrebbe essere economico e usa e getta. Essenzialmente, è un punto di materiale polimerizzato all'estremità di una fibra ottica, dice. Una fibra ottica lunga pochi centimetri costerebbe pochi centesimi, e il punto di goop sarebbe ancora meno.

Potrebbe anche essere più affidabile dei dispositivi esistenti, perché la chimica non consuma glucosio. I sensori impiantabili disponibili in commercio misurano la tensione causata da una reazione chimica che consuma glucosio. Se la concentrazione attorno al sensore diminuisce e il glucosio dal tessuto circostante non fluisce abbastanza rapidamente, si potrebbe misurare un valore inferiore alla concentrazione effettiva nel corpo, afferma Loeb.

Nel frattempo, Gerard Cote , un professore di ingegneria biomedica presso la Texas A&M University che per primo ha sviluppato il meccanismo chimico impiegato dal sensore a fibra ottica di Loeb, sta tentando di realizzare un sensore di glucosio simile utilizzando un design leggermente diverso. Cote e Michael Pishko, un ingegnere chimico della Penn State, stanno sviluppando perline di polietilene-glicole larghe 20 micrometri che potrebbero essere impiantate appena sotto la pelle di una persona, come un tatuaggio. Un diodo emettitore di luce su un analizzatore di tipo orologio da polso farebbe brillare la luce sulle perline e ne misurerebbe la fluorescenza. Le perle sarebbero totalmente impiantabili e la pelle guarirebbe su di essa, dice Cote, quindi non c'è nulla che penetri nella pelle e apra il corpo alle infezioni.

Gli attuali sensori di glucosio impiantati richiedono l'inserimento di un elettrodo sotto la pelle; un filo metallico collega l'elettrodo a un dispositivo di monitoraggio. L'elettrodo deve essere tenuto in posizione con un nastro adesivo. Tuttavia, tali dispositivi possono causare rapidamente infezioni e devono essere sostituiti ogni tre giorni, il che può diventare costoso. Sono considerati come un corpo estraneo, una scheggia, e il corpo cerca di respingerli, dice George Wilson , un professore di chimica coinvolto nella ricerca sui biosensori presso l'Università del Kansas.

Loeb dice che dovrebbe essere possibile lasciare la sua fibra sensibile al glucosio all'interno della pelle umana per alcuni mesi. Ha impiantato la sua fibra nei maiali per un massimo di tre mesi senza causare infiammazioni.

Finora, Loeb ha testato il suo sistema a fibre ottiche in soluzioni di glucosio e ha scoperto che è sensibile alla gamma di concentrazioni di glucosio che si trovano nel corpo umano. Ma la risposta del sistema all'interno degli animali viventi sarà cruciale per far sapere ai ricercatori se funziona. C'è un'enorme differenza tra un sensore che opera in soluzione e un sensore che opera negli animali, dice Wilson.

Una volta che il sensore ottico del glucosio viene testato sugli animali, dovrebbe essere sottoposto a studi clinici, che possono richiedere dai quattro ai cinque anni. Se tutto va come previsto, sia Loeb che Cote credono che i loro sensori potrebbero essere disponibili come prodotti in cinque-dieci anni.

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