Na Politechnice Wrocławskiej powstaje nieinwazyjny glukometr

Założony przez absolwentów Politechniki Wrocławskiej startup GlucoActive pracuje nad urządzeniem do bezinwazyjnego badania poziomu glukozy we krwi. Ma ono pomóc przede wszystkim diabetykom, ale korzystać będą mogły z niego także osoby będące na diecie i sportowcy.

Cukrzyca to choroba metaboliczna, która charakteryzuje się podwyższonym poziomem glukozy we krwi wynikającym z defektu produkcji lub działania insuliny wydzielanej przez komórki beta trzustki. Nieleczona prowadzi do wielu groźnych powikłań, uszkodzenia narządów lub nawet do śmierci.

Według oficjalnych informacji na świecie na cukrzycę cierpi ok. 10 proc. populacji, ale objawy choroby występują nawet u co trzeciej osoby. U wielu choroba jest jeszcze niezdiagnozowana, bowiem przez pierwsze kilka lat może się ona rozwijać bezobjawowo – wyjaśnia Maciej Wysocki, absolwent Politechniki Wrocławskiej i współzałożyciel startupu GlucoActive.

Chorzy na cukrzycę sami mogą kontrolować stężenie glukozy we krwi m.in. za pomocą glukometru wymagającego jednak pobrania krwi (np. z opuszka palca) czy specjalnego sensora z mikroigłą umieszczonego w tkance podskórnej poprzez wkłucie (FreeStyle Libre).

Dla wielu osób wykonanie niezbędnego nakłucia w miejscu publicznym jest jednak krępujące, a korzystanie z libry kosztowne. Zauważyliśmy także, że problemem jest wymienianie lancetu w nakłuwaczach. Trzeba to robić często, a czasem nie ma na to czasu ani warunków i używanie jednej igły przez dłuższy czas może prowadzić do różnego rodzaju infekcji – dodaje Jakub Niemczuk, absolwent Wydziału Elektroniki Mikrosystemów i Fotoniki PWr, dyrektor techniczny w GlucoActive.

Badanie bez kłucia

Dlatego głównym celem działającego we Wrocławiu startupu jest opracowanie rozwiązania, które pozwoli na zbadanie poziomu glukozy we krwi bez konieczności nakłuwania skóry. Projektowane urządzenie w kształcie zegarka ma być komfortowe, łatwe w obsłudze, a pomiar prowadzony będzie z wykorzystaniem metod optycznych i spektrofotometrycznych.

Jak przyznaje Maciej Wysocki, pomysł na stworzenie bezinwazyjnej metody badania stężenia glukozy nie jest nowy, bowiem w ostatnich latach nad takimi projektami pracowały nie tylko firmy prywatne takie jak Apple czy Google, lecz też korporacje farmaceutyczne i konsorcja naukowe. Jednak proponowane dotychczas rozwiązania np. tatuaże, implanty czy specjalne soczewki okazywały się niezwykle trudne lub kosztowne we wdrożeniu i w efekcie badania zarzucono.

Metoda opracowana przez naszych absolwentów zakłada natomiast kilkukrotne oświetlenie skóry światłem o określonej długości fali, a następnie przeanalizowanie otrzymanych wyników.

Badamy m.in. jak bardzo światło zostało rozproszone, pochłonięte przez skórę i jak zmieniło się spektralnie. Może się to wydawać proste, ale cały sekret tkwi w analizie matematycznej tych pomiarów. Największym problemem był dla nas fakt, że człowiek, mówiąc kolokwialnie, jest „mieszanką” wielu związków, które mocno rozpraszają światło i dają wiele różnych sygnałów. Musieliśmy stworzyć takie rozwiązania, żeby wyciągnąć z pozyskanych danych tylko informacje dotyczące glukozy – wyjaśnia Jakub Niemczuk.

Badacze spędzili ponad rok nad analizą próbek krwi oraz skóry, sprawdzając, jak rozpraszane jest światło, i jak można na tej podstawie analizować pozyskane widma. Ostatecznie udało im się opracować szereg metod matematycznych i algorytmów, które są w stanie przetworzyć otrzymane dane i określić stężenie glukozy we krwi.

Pierwsze badania prowadzone były m.in. w laboratoriach Politechniki Wrocławskiej z użyciem profesjonalnych i dużych spektrometrów, a instalacje optyczne wykorzystywane w startupie także zajmują sporo miejsca. Konieczna była więc ich miniaturyzacja, co jeszcze kilka lat temu wydawało się niemożliwe.

Teraz niewielkie spektrometry są dostępne na rynku i wykorzystuje je np. policja do wykrywania narkotyków i materiałów wybuchowych. Nasze urządzenie musi być jednak jeszcze mniejsze, a dodatkowo dużo dokładniejsze. Badając próbki krwi i skóry, osiągaliśmy dokładność na poziomie stosowanych powszechnie glukometrów paskowych z granicą błędu plus/minus 15 proc. Cały czas staramy się, żeby wyniki były bardziej precyzyjne. Należy również podkreślić, że oświetlanie jest całkowicie bezpieczne, w żaden sposób nie wpływa na skórę i tkanki – podkreśla Maciej Wysocki.

Glukoza, cholesterol, hemoglobina

Początkowo zegarek ma pokazywać jedynie stężenie glukozy, ale docelowo urządzenie ma działać na zasadzie tradycyjnego smartwatcha z dedykowaną aplikacją. Możliwe będzie także zaprogramowanie zegarka na automatyczne mierzenie poziomu glukozy w określonych odstępach czasu. Nie jest też wykluczone, że w przyszłości zostaną wprowadzone opcje sprawdzenia poziomu cholesterolu, hemoglobiny czy nawodnienia organizmu.

Z zegarka korzystać będą mogli nie tylko diabetycy, lecz także osoby będące na diecie, sportowcy i… nurkowie.

Przy projektowaniu zegarka dostaliśmy bardzo dużo próśb, żeby był on bardzo wytrzymały i wodoodporny. Okazało się bowiem, że chorzy na cukrzycę nurkowie pływający na dużych głębokościach narażeni są na gwałtowne spadki glukozy we krwi, co może spowodować utratę przytomności. Dzięki naszemu urządzeniu mogliby na bieżąco kontrolować jej poziom – dodaje Jakub Niemczuk.

Jeszcze przed końcem tego roku twórcy startupu chcą przeprowadzić oficjalne eksperymenty medyczne, które mają potwierdzić wyniki prowadzonych przez nich badań. Urządzenie ma trafić na rynek jako gadżet sportowy w połowie 2020 roku, a jego koszt wyniesie ok. 2 tys. zł. Następnie twórcy będą się także starali o uzyskanie certyfikacji medycznej.

Certyfikacja to koszt kilku milionów złotych, a jej uzyskanie trwa często ponad dwa lata. Nie każda firma, tym bardziej młoda, może sobie na to pozwolić. Zapytaliśmy więc przyszłych odbiorców, czy jeśli nasze urządzenie będzie prowadziło pomiary z dokładnością tradycyjnego glukometru, to czy uzyskanie odpowiednich certyfikatów będzie dla nich ważne. Okazało się, że jeśli mogliby z niego korzystać rok czy nawet dwa lata wcześniej, to nie ma to dla nich większego znaczenia – tłumaczy Maciej Wysocki.

Nie tylko zegarek

Oprócz zegarków konstruktorzy pracują także nad większym, stacjonarnym urządzeniem do pomiaru glukozy, które w przyszłości mogłoby trafić m.in. do aptek.

Już teraz w wielu aptekach można znaleźć dostępne dla wszystkich ciśnieniomierze. Nic nie stoi na przeszkodzie, żeby obok postawić nasze urządzenie, które dzięki większym wymiarom może być dokładniejsze niż glukometry paskowe. Mamy sugestię, że zapotrzebowanie na tego typu rozwiązanie jest ogromne – zaznacza Maciej Wysocki.

Obecnie nad projektem pracuje jedenaście osób – absolwenci, doktoranci i studenci Politechniki Wrocławskiej oraz naukowiec z Polskiej Akademii Nauk. Prace prowadzone są m.in. w ramach grantu Narodowego Centrum Badań i Rozwoju „BRIdge Alfa”.

glukometr GlucoAktiv