Onderzoekers van de Washington State University hebben een nieuwe draagbare biosensor ontwikkeld die de monitoring van glucosespiegels bij mensen met diabetes aanzienlijk kan verbeteren. De technologie combineert micronaaldjes, geavanceerde katalytische materialen en draadloze gegevensoverdracht, en biedt een potentieel nauwkeuriger, minder invasief en goedkoper alternatief voor bestaande systemen voor continue glucosemonitoring (CGM).
De sensor, beschreven in het tijdschrift The Analyst, meet de glucose in de interstitiële vloeistof rondom de cellen in plaats van rechtstreeks in de bloedbaan. Met behulp van holle micronaaldjes en een geïntegreerd sensorplatform detecteert het systeem de glucosespiegels. De meetgegevens wordendraadloos en in realtime naar een smartphone verzonden.
Volgens Annie Du, onderzoeksprofessor aan het College of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences van de WSU en mede-corresponderend auteur van de studie, ligt de belangrijkste innovatie in signaalversterking. “We konden het signaal versterken met onze nieuwe enkelvoudige atoomkatalysator en sensoren maken die kleiner, slimmer en gevoeliger zijn”, legt ze uit. “Dit is de toekomst en biedt een basis voor het kunnen detecteren van andere ziektebiomarkers in het lichaam.”
Beperkingen aanpakken
Glucosemonitoring is essentieel voor mensen met diabetes om complicaties te voorkomen en een stabiele bloedsuikerspiegel te behouden. De huidige CGM-systemen zijn afhankelijk van kleine naaldjes die onder de huid worden ingebracht, wat irritatie, huiduitslag of ontstekingen kan veroorzaken. Bovendien zijn de bestaande sensoren niet altijd gevoelig genoeg om lage biomarkerwaarden betrouwbaar te detecteren.
Het WSU-team wilde deze beperkingen overwinnen door zowel het detectiemechanisme als de manier waarop monsters worden verzameld opnieuw te ontwerpen. Hun oplossing maakt gebruik van een met een knop geactiveerde micropomp en micronaaldarrays die minder dan een millimeter lang zijn, aanzienlijk korter dan conventionele naalden voor glucosemonitoring.
In tegenstelling tot veel bestaande systemen vindt de daadwerkelijke glucoseanalyse buiten het lichaam plaats. Dit vermindert het risico op ontstekingen en verlaagt de potentiële toxiciteit. “Ons systeem is veel vriendelijker voor klanten en gebruikers”, zegt Kaiyan Qiu, Berry Assistant Professor aan de School of Mechanical and Materials Engineering van de WSU en corresponderend auteur van de studie. “De holle micronaaldjes zijn pijnloos en minimaal invasief, waardoor ze medische hulpmiddelen van de volgende generatie zijn”, voegt Qiu toe.
Nanozymes verhogen de gevoeligheid
Een groot voordeel van de nieuwe biosensor is de hoge gevoeligheid. Het apparaat maakt gebruik van enkelvoudige atoomkatalysatoren en enzymachtige reacties, ook wel nanozymes genoemd, om het glucosesignaal te versterken. Hierdoor kan de sensor zeer kleine concentraties biomarkers detecteren. “De nanozymes maken ons signaal veel sterker en kunnen een minimale hoeveelheid van elke biomarker detecteren”, legt Qiu uit.
De sensor zelf wordt geproduceerd met behulp van 3D-printing, wat de productiekosten aanzienlijk verlaagt in vergelijking met conventionele glucosemonitors. Dit zou de technologie toegankelijker kunnen maken, vooral omdat de Amerikaanse CGM-markt naar verwachting snel zal groeien, van 7,2 miljard dollar in 2024 tot naar schatting 26,8 miljard dollar in 2033.
Dierproeven
De onderzoekers hebben een voorlopig octrooi aangevraagd via het Office of Innovation and Entrepreneurship van de WSU en bereiden zich voor op dierproeven. Ze onderzoeken ook of het platform kan worden uitgebreid om meerdere biomarkers tegelijk te detecteren.
Voor Yonghao Fu, mede-eerste auteur en promovendus, is de bredere ambitie duidelijk. “Mijn doel is om geavanceerde sensortechnologie praktischer te maken voor de dagelijkse gezondheidszorg”, zegt hij. “Ik vind het leuk om aan een project te werken dat verschillende technologieën kan combineren, zodat we kunnen profiteren van hun sterke punten.” Als het lukt, zou de biosensor een belangrijke stap kunnen betekenen in de richting van meer patiëntvriendelijke, datagestuurde monitoring. Niet alleen voor diabetes, maar mogelijk ook voor een breed scala aan chronische aandoeningen.
Nederlands onderzoek naar vroegsignalering diabetes
In Nederland hebben ruim 1,1 miljoen mensen diabetes type 2, terwijl honderdduizenden anderen de aandoening hebben zonder diagnose. Daarnaast leven ongeveer 1,3 miljoen mensen met prediabetes. Om deze groep eerder in beeld te krijgen, starten TNO en Ancora Health onlangs een onderzoeksproject gericht op vroegsignalering.
In het onderzoek worden continue glucosemetingen gecombineerd met leefstijl- en achtergrondgegevens om risicoprofielen nauwkeuriger te bepalen. Honderd deelnemers krijgen een gratis continue glucose sensor, waarmee patronen zichtbaar worden die met losse metingen vaak gemist worden, zoals glucosepieken na maaltijden en schommelingen door stress, slaap en beweging. Deze data worden gekoppeld aan informatie over voeding en fysieke activiteit.
Deelnemers volgen het GLI-programma SLIMMER Online, aangevuld met een TNO-module voor prediabetes. Door risico’s vroeg te herkennen en leefstijlinterventies tijdig in te zetten, kan diabetes type 2 vaak worden voorkomen of uitgesteld, met gezondheidswinst voor de patiënt en lagere zorgkosten op de lange termijn.
