Diabetes é uma doença crônica que afeta mais de 420 milhões de pessoas no mundo todo, aproximadamente 8,5% da população. As taxas de Diabetes quase dobraram nas últimas três décadas, à medida que mais países em desenvolvimento enfrentam maior urbanização e adotam hábitos alimentares ocidentais.
Tratar Diabetes requer monitoramento e manutenção constantes, o que representa um fardo significativo para os pacientes, suas famílias e suas comunidades. Além disso, aumentos nas taxas de Diabetes estão sobrecarregando os sistemas de saúde e as economias nacionais.
Os padrões de diagnóstico e terapias atuais para Diabetes são invasivos e onerosos, mas os avanços recentes na tecnologia de sensoriamento médico colocaram os testes não invasivos de Diabetes e o monitoramento de glicemia ao alcance dos pesquisadores médicos. A Avantes tem orgulho de estar na vanguarda dos avanços empolgantes que surgem no campo do sensoriamento biomédico .
Padrões Atuais para o Diagnóstico e Tratamento do Diabetes
O diagnóstico e o gerenciamento contínuo do Diabetes atualmente exigem medição direta dos níveis de glicose no sangue ou hemoglobina glicada. Existem alguns métodos usados por profissionais médicos, incluindo testes de tolerância à glicose e testes aleatórios ou de jejum de açúcar no sangue. Esses métodos são conhecidos principalmente como testes de detecção amperométrica porque a reação do açúcar no sangue a um reagente gera uma pequena carga elétrica proporcional aos níveis de açúcar na amostra. Esse método pode ser muito preciso quando realizado em um ambiente de laboratório e também é padronizado e bem compreendido.
Os métodos de teste atuais, embora bem estabelecidos, ainda representam inúmeros problemas para pacientes e profissionais médicos em todo o mundo. Em algumas culturas, pode haver tabus ou restrições sociais em relação à coleta de sangue que dificultam a garantia da adesão do paciente. Amostras de sangue também são instáveis e requerem refrigeração. Isso pode ser um problema significativo em países em desenvolvimento, especialmente em áreas rurais onde eletricidade e refrigeração podem não estar prontamente disponíveis.
A natureza crônica do tratamento do Diabetes exige que os afetados monitorem seus níveis de glicose com frequência, diariamente. Isso envolve a coleta de uma pequena amostra de sangue, geralmente com uma picada de lanceta em um dedo. Esse procedimento pode ser doloroso e pode criar complicações adicionais se um diabético tiver habilidades de cura suprimidas, e eles devem ser realizados repetidamente, diariamente.
Embora os monitores portáteis de glicose no sangue estejam se tornando mais prontamente disponíveis em todo o mundo (respondendo por cerca de 85% de todos os sensores biomédicos vendidos aos consumidores hoje), o monitoramento da glicose ainda é um processo manual que requer tiras de teste. Combinados com fatores ambientais que podem afetar o teste, como temperatura e umidade, esses medidores de teste de sangue podem não fornecer medições precisas em todas as condições.
A busca por Monitoramento não Invasivo de Glicose
Devido à natureza invasiva e repetitiva do teste de glicose, e às dificuldades associadas ao teste de sangue ao redor do mundo, os pesquisadores estão ansiosamente buscando alternativas não invasivas aos testes de detecção amperométrica padrão. Os pesquisadores investigaram muitas alternativas, incluindo testes eletroquímicos e métodos baseados em nanotubos de carbono. Recentemente, o foco mudou para métodos ópticos de detecção usando absorbância NIR e espectroscopia Raman.
Mesmo entre pesquisadores trabalhando com espectroscopia NIR, há várias vias de investigação. Além da glicose sanguínea, é possível detectar proteínas glicadas (proteínas que se ligaram à glicose) em cabelos e unhas, nos humores aquosos do olho e na urina.
Dois dos métodos mais promissores sob investigação incluem o uso de luz quase infravermelha para medir a glicose sanguínea diretamente através da pele, com muito do mesmo design funcional de um oxímetro de pulso. Outro método sob investigação envolve o uso de unhas como amostra de teste.
O maior obstáculo que os pesquisadores enfrentam ao desenvolver um novo protocolo de teste não invasivo para Diabetes é a criação de modelos padronizados para interpretar os resultados. Os parâmetros de medição devem levar em conta os padrões de absorção, taxas de captação linear e inúmeros outros fatores que médicos e cientistas devem entender para desenvolver um modelo repetível e padronizado para interpretar e prever a resposta dos espectros. Também há variações entre as características humanas e essas variações também devem ser neutralizadas para permitir a padronização de um novo protocolo.
Infravermelho Próximo e a Janela de Diagnóstico
Grande parte da tecnologia de detecção óptica para aplicações biomédicas gira em torno do infravermelho próximo devido a um fenômeno peculiar que os pesquisadores chamam de janela de diagnóstico ou janela óptica.
A absorção de luz por tecidos humanos é específica do comprimento de onda. proteínas e DNA absorvem o espectro ultravioleta (UV), a luz visível é absorvida pela hemoglobina no sangue, e a faixa infravermelha é altamente absorvida pela água. No final do espectro visível, no entanto, e na faixa do infravermelho próximo (NIR) entre 650 nm e 1100 nm, há pouca absorção pela água ou hemoglobina e menos dispersão do que nas faixas UV e visível. E, mais importante, é possível usar luz nessa faixa em indivíduos vivos sem causar danos aos tecidos.
Esta janela de diagnóstico óptico permite que médicos e pesquisadores tenham uma visão do corpo. O Dr. Frans F. Jöbsis da Duke University demonstrou em seu estudo histórico de 1977 que tecidos oxigenados e desoxigenados mostram propriedades de absorção distintas no NIR. Desde então, a espectroscopia NIR tem sido usada no estudo de doenças metabólicas como Diabetes, cânceres, doenças cardiovasculares, distúrbios neurológicos e muitas outras condições que afligem nossas sociedades.
Espectroscopia Raman NIR
Experimentos recentes no desenvolvimento de biossensores ópticos acoplam a janela óptica disponível na faixa Vis/NIR com a especificidade de impressão digital molecular da espectroscopia Raman. O potencial desta técnica é muito promissor, mas a complexidade adicional da análise Raman aumenta as barreiras para o desenvolvimento de modelos de diagnóstico padronizados.
Adequação da Proteína Glicada das Unhas para Testes de Diabetes
Como o teste de glicose é de vital importância para uma crescente população diabética e como a demanda por sensores de glicose representa 85% do mercado de biossensores, os desenvolvedores de dispositivos biomédicos estão em uma corrida para apresentar a próxima onda de avanços na tecnologia de monitoramento sanguíneo.
Uma linha de investigação envolve o ensaio de proteínas de queratina glicadas. A queratina, a proteína que compõe nossas unhas e cabelos, pode se ligar à glicose. Essa glicação tem uma relação linear com os níveis de glicose no sangue ao longo do tempo. Pesquisadores que buscam um modelo espectral para diagnosticar Diabetes escolhem as unhas devido às diferenças observáveis nas características das unhas de diabéticos. Para fins de desenvolvimento de um modelo padronizado, as unhas também são preferíveis porque há menos variação na taxa de crescimento do que para o cabelo.
O uso de recortes de unhas neste método tem o potencial de melhorar os testes para o diagnóstico inicial de Diabetes, especialmente em países em desenvolvimento. Os recortes de unhas podem ser coletados sem dor e sem exigir treinamento especial. Além disso, as atitudes psicológicas e culturais em relação aos recortes de unhas são relaxadas em comparação com fluidos corporais como sangue; e, como são estáveis, as unhas podem ser armazenadas sem refrigeração por várias semanas sem perda da viabilidade da amostra.
Para o teste, amostras de unha são moídas e misturadas com um agente reativo. Como as unhas não são muito permeáveis a esses agentes reativos, as amostras exigem tempo de preparação e possivelmente processamento adicional. Este método, embora minimamente invasivo, ainda requer preparação de amostra especializada que deve ser feita em um laboratório por pessoal treinado e, infelizmente, não será adequado para monitoramento de glicose em casa.
Transmitância Via Lóbulo da Orelha para Uso Doméstico
A técnica de medição de transmitância é outra que os pesquisadores estão desenvolvendo, e que seria adequada para aplicações de monitoramento doméstico. As medições de transmitância do lóbulo na verdade requerem uma combinação de comprimentos de onda aplicados ao lóbulo da orelha simultaneamente. A luz atenuada é capturada por sensores em ambos os lados do lóbulo da orelha. Primeiro, a refletância da luz verde visível é usada para determinar parâmetros da pele, como espessura do tecido. Em seguida, a transmitância/absorção da luz vermelha é usada para determinar o volume sanguíneo e, finalmente, o comprimento de onda NIR é usado para determinar as concentrações de glicose.
Este método mostra-se muito promissor, pois é um design simples envolvendo um clipe para o lóbulo da orelha que se conecta a um espectrômetro com cabos de fibra, tornando-o relativamente fácil para qualquer pessoa sem treinamento especial. Além disso, a falta de preparação de amostra e o design fácil significam que não exigirá supervisão de laboratório e pode ser realizado por qualquer pessoa.
Superando barreiras ao monitoramento óptico de glicose
Para muitos métodos de diagnóstico sendo investigados hoje, a principal barreira para a validação completa do teste é a capacidade dos pesquisadores de reconciliar a variação individual para criar um modelo padronizado para análise dos resultados. O trabalho desses cientistas e especialistas nos aproxima a cada dia da realidade de alternativas de monitoramento de glicemia não invasivas, baratas e precisas.
Embora seja impossível prever quando um novo método ou tecnologia ganhará a aprovação da Federal Drug Administration (FDA) ou de órgãos de certificação médica relevantes, está se tornando cada vez mais provável. Em um futuro próximo, os pacientes com Diabetes não precisarão mais sofrer com exames de sangue dolorosos e isso será graças ao trabalho de cientistas, médicos e pesquisadores dedicados que trabalham hoje nesses empolgantes métodos de teste óptico.
Avantes na Vanguarda da Pesquisa Médica
A Avantes tem orgulho de estar na vanguarda dessa pesquisa. Os equipamentos da Avantes são encontrados em laboratórios em todo o mundo, dando suporte aos médicos e cientistas que trabalham na pesquisa sobre Diabetes.
A Dra. Angelika M. Domschke, anteriormente na Universidade de Hamburgo, está pesquisando o monitoramento oftálmico de glicose usando o Avantes AvaSpec-ULS2048 para testar e monitorar o desenvolvimento de uma lente de contato que fica no olho e fornece monitoramento contínuo. O ULS2048 forneceu à Dra. Domschke e sua equipe uma velocidade de resposta excepcional e uma relação sinal-ruído de 200:1. Este é o confiável burro de carga dos espectrômetros Avantes StarLine.
Pesquisadores da Universidade de Groningen, na Holanda, estão estudando a fluorescência da pele para monitorar danos vasculares . Pacientes com Diabetes são suscetíveis a danos vasculares, má circulação e cicatrização lenta em suas extremidades, esta equipe visa tornar o tratamento de complicações do pé diabético mais fácil. Esses pesquisadores usaram um modelo mais antigo da Avantes, mas nosso AvaSpec-Hero oferece a maior sensibilidade devido à abertura numérica de 0,22 da bancada óptica e detector de afinamento posterior resfriado termoeletricamente. Este instrumento é ideal para as demandas de medições de alta sensibilidade no NIR.
O Dr. Ishan Barman, em sua tese de doutorado no Departamento de Engenharia Mecânica do MIT, estudou o desafio de desenvolver modelos de diagnóstico precisos com espectroscopia Raman NIR. Em seu trabalho ‘ Desvendando os quebra-cabeças da detecção não invasiva de glicose no sangue baseada em espectroscopia ‘ , suas recomendações de sistema para um espectrômetro descrevem um instrumento que corresponde às especificações do sistema do AvaSpec-Hero . Este instrumento oferece sensibilidade ideal com uma abertura numérica de 0,22 que coleta a luz total transportada por uma fibra óptica. O Hero oferece o equilíbrio ideal entre alta sensibilidade e alta resolução, com um detector TE Cooled back-thinned. Ele é capaz de facilitar tempos de integração mais longos em aplicações de pouca luz, tornando-o sua escolha ideal em sistemas Raman.
Pesquisadores ao redor do mundo confiam nos instrumentos Avantes para pesquisa biomédica. A Avantes SensLine de espectrômetros oferece vários modelos personalizados para aplicações com baixos níveis de luz com opções padrão ou resfriadas termoeletricamente.
Outra ótima solução é o Avantes CompactLine de espectrômetros em miniatura . O AvaSpec-Mini reúne muita potência em um tamanho compacto. Com aproximadamente o tamanho de um baralho de cartas, esta unidade tem desempenho equivalente a muitos dos nossos instrumentos de fator de forma maior.
Entre em contato com um engenheiro de vendas da Avantes hoje mesmo para descobrir qual sistema Avantes é o ideal para sua aplicação de pesquisa biomédica.