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死磕20多年未果,为什么无创血糖仪的研发这么心塞?

发布时间:2015-08-16作者:周伦

我们知道血糖检测是糖尿病管理非常重要的一环,虽然血糖仪已经经历了无数


次改进,但目前侵入性的有创血糖仪仍然占领了整个血糖检测市场。

 由于惧怕疼痛,以及由此引发的心理恐惧,有创的测量方式直接导致极大一部分糖尿病患者放弃固定的血糖检测。于是,发明微创甚至无创血糖仪就变成很多科学家心中的珠峰。

 但这事儿真不好做!其实在身体很多部位的体液中,均可以发现葡萄糖。除血液外,还有间质液,泪液,玻璃体液,尿液和汗液等。目前也有很多方法可以测量这些体液里的葡萄糖浓度。理想的状况是,可以通过随时测量这些体液葡萄糖的浓度,分析出血糖的浓度。然而由于多种受限因素,回头看20多年的研究进展,有小惊喜但无大突破,略显心酸。今天我们就看几款微创/无创血糖仪,看看这其中的艰难。

 微创界目前的冠军:Dexcom G4 PLATINUM

 Dexcom公司推出的Dexcom G4 PLATINUM是一款微创连续监测血糖仪。它由传感器(包埋于皮肤之下)、转换器(固定于传感器之上发射无线信号)和接收器(接收并显示血糖变化信息)三部分组成。

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 这款设备的底层原理是:浅表皮肤组织液的葡萄糖浓度与血液葡萄糖浓度之间有稳定的关系。Dexcom G4 PLATINUM的检测原理跟血糖试纸类似,植入皮下的微型葡萄糖氧化酶电极传感器,与组织液中葡萄糖接触发生反应,这种化学信号通过电极转化为可监测的电信号,电信号经过特定的算法处理之后,便成了接收器上的血糖值。

 这就好比,你想知道一条大河里水的硬度如何,却不想冒险直接从河里取水。但是你知道河边的地下水硬度与河水硬度是有关系的,这时你就在河边打一眼井,通过井水硬度推算出河水硬度。说到这里,这类血糖仪的问题是不是就显而易见了:井水与河水硬度之间虽然有稳定的关系,但是这种关系也会随外界条件改变而变化。

 Dexcom G4 PLATINUM已获得FDA和CE的批准,可监测的血糖范围为2.22~22.2mmol/L,适用人群为2岁以上的糖尿病患者,售价大概在2000美元以上。FDA指出,使用Dexcom G4 PLATINUM血糖仪,每12小时至少要校对一次;当Dexcom G4 PLATINUM警告血糖过高或者过低时,必须使用血糖仪对指血进行检测,才可以做后续的处理;Dexcom G4 PLATINUM不能作为胰岛素用量的参考指标; Dexcom G4 PLATINUM的准确度会受到饮食和运动的影响

 学习型无创血糖仪:TensorTip CoG

 以色列公司CNOGA推出了一款介于有创和无创之间的血糖仪TensorTip CoG。这款血糖仪有个很有时代感的定位:学习型的无创血糖仪。让我们一起来看看这款血糖仪是如何学习的

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 CNOGA公司的CEO Segmen是电视成像技术方面的技术专家。彩电在我们眼睛里五颜六色,但是在Segmen看来,所有的色彩只不过是红、绿、蓝三原色混合而成。所以他认为人体表现的颜色也是有其内在规律的,只要能找到其中的规律,就可以通过大规模的数据运算来分析血糖的变化。TensorTip CoG就在这样的背景下诞生了。

 当TensorTip CoG中的二极管发出的光通过指尖时,其中的一些会被吸收,光信号就发生了改变,传感器只接收波长为600纳米到1150纳米的光。接下来,有一个类似于专业数码相机的摄像头传感器,实时检测光信号的变化。信号被传递到一个处理器,处理器将信号数据化成红蓝绿三色的组合。TensorTip CoG的独特之处在于:使用专利算法和处理器收集的大量数据(有680亿多个颜色组合),再结合TensorTip CoG“学习”到的光信号与血糖之间的相关性,最终计算出血糖的浓度。 

TensorTip CoG目前只通过了CE的批准,可检测的血糖范围为3.89~24.4 mmol/L,只能用于18岁以上的2型糖尿病患者,在欧洲售价大概2000美元左右。在使用TensorTip CoG时需保持手指干净清洁,且不能有创伤;不能单独使用TensorTip CoG作为诊断和治疗糖尿病的唯一指标;使用前有一个较长的有创“学习”阶段。

 糖无忌:GlucoTrack

 Integrity Applications公司的GlucoTrack无创血糖仪,在2014年获得了CE认证,它还有一个响亮的中国名字“糖无忌”。GlucoTrack由一个带触控屏幕的主机和一枚个人耳夹组成。检测时,只需将耳夹夹于耳垂,等待约1分钟就可以知道血糖结果。这款设备的检测的原理是通过测量超声波、电磁以及热量的变化,来计算血糖浓度。

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 为了便于你理解GlucoTrack的原理,我举一枚栗子。你想估算你家院子里麻雀的数量,为了更准确估算你决定多用几种方法。于是你投放只有包括麻雀在内的很少几种鸟类喜欢吃的食物,记录麻雀的叫声,统计麻雀拉的粑粑,观察他们的活动规律。这样一来你就得到了一组数据,将这些数据综合分析,你就得到了比较精确的估计数据。GlucoTrack通过记录超声波和电磁在耳垂里传播受阻的情况、以及耳垂热量的变化情况。然后综合分析三组数据,估算出血糖值。

 GlucoTrack也获得CE批准,可检测的血糖范围为4.17~27.8mmol/L,只能用于18岁以上的糖尿病患者,售价大概在2000美元左右。GlucoTrack可供3人使用,每6个月校准一次,不能作为检测和治疗糖尿病的唯一依据。

 无创血糖仪的新希望

 就在前不久,利兹大学的研究团队声称,他们也开发出了一款无创血糖检测设备。目前这项技术已经授权给Glucosense。这项检测设备目前没有命名,研发团队也没有对外公布技术细节以及临床数据。从Glucosense官网介绍来看,这款无创血糖仪使用了新型激光传感器,传感器是利兹大学Jose教授潜心研究多年的研究成果。

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 当使用者的皮肤与传感器玻璃接触时,手指引起的激光反射光的变化,反应了血液中血糖的浓度,整个测量过程仅需30秒。从官方公布的原型机来看,这款设备目前属于便携设备范畴。不过,Glucosense称正在研发可穿戴式血糖监测仪,以满足重症患者的实时监测需求。据悉,这款血糖检测技术入围英国2012年Medipex NHS奖。目前这款产品还在试验阶段。

 当然,业界最吸引眼球的还是要数Google隐形眼镜。这项谷歌的黑科技是联合制药巨头诺华公司一起研发的。除了知道是通过测量眼泪的葡萄糖含量,来计算血糖含量之外,目前并未见其他细节报道。但是,据目前的研究表明,唾液、汗液、泪液和尿液中的葡萄糖浓度,与血糖浓度,并没有明确的关系。这也是这么多年来一直没有检测这些体液的血糖仪出现的原因。当然,并不排除Google会给我们带来意想不到的惊喜。

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 无创血糖仪离我们也许还有一光年

 一般情况下,健康人空腹血糖浓度为3.61~6.11mmol/L。I型糖尿病患者可能出现非常低的葡萄糖水平,甚至低于2mmol/L,同时I型糖尿病患者的血糖波动也较快。下表是上述前三种血糖仪公布的数据。

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根据前文的介绍不难看出,Dexcom G4属于微创血糖仪;TensorTip CoG属于前期有创,后期无创;GlucoTrack是无创血糖仪。从有创到无创,是一个逐渐远离血液的过程,检测的方法越来越复杂,检测精度越来越低。从上表可以看出,TensorTip CoG和GlucoTrack对低血糖基本没有检测意义。

 对于糖尿病患者而言,最大的危险是血糖浓度的剧烈波动。波动的速度和幅度,都是微创和无创血糖仪面临的大问题。由于微创和无创血糖仪,都是间接推算出血糖,它们检测到的结果都有一定的滞后性,有些血糖仪滞后5分钟,有些甚至滞后20分钟。因此,这类血糖仪并不能及时反映血糖的浓度。仅就距离血液最近的Dexcom G4而言,当血糖的波动幅度达到每分钟0.11~0.16 mmol/L时,检测的结果就不准确了。

 导致微创和无创血糖仪很难精确的原因有很多,例如信噪比(葡萄糖信号和其他物质信号的比例)、传感器的灵敏度、是否可以连续监测、信号处理和数据分析等。但究其根本,还是因为人体血糖本身浓度比较低,目前也没有发现仅葡萄糖具备的单一特质。因此,目前的主要研究方向还是集中在:提高传感器灵敏度、消除背景信号的影响、以及多因子联合检测等。

 仅从目前这几款比较设备来看,它们只能作为一种血糖异常的预警设备。实际上,我们离无创血糖还有一定的距离。所以,对于广大的糖尿病患者而言,购买无创/微创血糖仪时,家中一定要准备一台有创的血糖仪。


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