تطوير مستشعر دائم يحقن تحت الجلد لمراقبة مستوى السكر دون وخز الأصابع

طوّر باحثون بجامعة تكساس إيه آند إم الأميركية مستشعراً جديداً، يمكن حقنه تحت الجلد لمراقبة مستويات السكر في الجسم بصورة مستمرة، دون حاجة إلى وخز الأصابع للحصول على عينات من الدم، مع إمكانية خفض تكلفة أحد مكوناته الرئيسية إلى 10% من تكلفة المواد المستخدمة في تقنيات مماثلة.

وأوضحت الجامعة، في بيان، أن التقنية الجديدة تعتمد على مستشعر صغير يستخدم الضوء لقياس تركيز الجلوكوز في السوائل المحيطة بخلايا الجسم، بدلاً من الاعتماد على عينات الدم التقليدية، ما قد يساعد مستقبلاً في تطوير أجهزة أقل تكلفة لمراقبة السكر لدى مرضى السكري.

ولا يزال المستشعر في مرحلة التجارب المختبرية، إذ لم يخضع بعد لاختبارات سريرية على البشر، كما أن خفض التكلفة بنسبة 90% يقتصر على إحدى المواد المستخدمة في تصنيع المستشعر، وليس التكلفة الإجمالية للجهاز.

ويستهدف الباحثون تطوير بديل أقل تكلفة لأجهزة المراقبة المستمرة للسكر، التي تسمح للمرضى بمتابعة مستويات الجلوكوز على مدار اليوم، دون حاجة إلى إجراء اختبارات متكررة باستخدام أجهزة قياس السكر التقليدية.

ورغم انتشار هذه الأجهزة، إلا أن ارتفاع أسعارها والحاجة إلى استبدال مستشعراتها بصورة دورية يمثلان عائقاً أمام استخدامها، خصوصاً بالنسبة للمرضى الذين لا تشمل تغطيتهم التأمينية تكاليف الحصول عليها.

كيف يعمل مستشعر قياس السكر؟

يعتمد المستشعر على تقنية الاستشعار الضوئي، التي تستخدم التغيرات في الإشارات الضوئية للكشف عن تركيز الجلوكوز، بدلاً من الاعتماد على التفاعلات الكيميائية المرتبطة بالإنزيمات المستخدمة في بعض أجهزة قياس السكر.

ويستخدم الباحثون بروتيناً يُعرف باسم "Concanavalin A"، يتميز بقدرته على الارتباط بجزيئات السكر، إلى جانب مركب سكري مزود بصبغة فلورية تصدر إشارات ضوئية في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة.

وعند ارتفاع مستوى الجلوكوز، تبدأ جزيئاته في منافسة المركب السكري على الارتباط بالبروتين، ما يؤدي إلى تغير الإشارة الضوئية الصادرة عن الصبغة الفلورية، وبالتالي يمكن استخدام هذه التغيرات لتحديد تركيز السكر.

ويتيح التصميم المقترح إمكانية قراءة الإشارات الضوئية من خارج الجسم، بينما يبقى المستشعر أسفل الجلد لقياس مستويات الجلوكوز في السائل المحيط بالخلايا.

وتختلف هذه الطريقة عن قياس السكر مباشرة من الدم، إذ تعتمد على السائل الخلالي الموجود بين خلايا الجسم، وهو السائل الذي تستخدمه أيضاً العديد من أجهزة المراقبة المستمرة للسكر المتاحة حالياً.

ركز الباحثون خلال تطوير المستشعر على إيجاد بديل أقل تكلفة لإحدى المواد الكيميائية المستخدمة في عملية الاستشعار، دون التأثير بشكل كبير في دقة الاستجابة للتغيرات في مستويات الجلوكوز.

واختبر الباحثون مادة تُعرف باسم "Beta-Mannopentaose"، وقارنوا أداءها بمادة "Alpha-Mannopentaose"، المستخدمة في تصميمات سابقة من التقنية نفسها.

وأظهرت النتائج أن المادة الجديدة تقدم أداءً متقارباً مع البديل الأعلى سعراً، رغم أن تكلفتها تعادل نحو 10% فقط من تكلفته، ما قد يساعد على خفض النفقات المرتبطة بتصنيع المستشعرات مستقبلاً.

وأوضح الباحث الرئيسي سايانتان تريباثي أن النتائج أظهرت إمكانية استخدام المادة الأقل تكلفة دون التضحية بأداء الاستشعار، فيما اعتبر أستاذ الهندسة الطبية الحيوية جيرار كوتيه أن هذه الخطوة قد تسهم في تطوير حلول أكثر إتاحة لمراقبة مستويات السكر.

ويسعى الباحثون إلى الاستفادة من نتائج الدراسة في تطوير مستشعرات منخفضة التكلفة، خصوصاً للمرضى في المناطق محدودة الموارد، إذ يمثل سعر أجهزة المراقبة المستمرة أحد أبرز العوائق أمام استخدامها.

أجرى الباحثون مجموعة من الاختبارات المختبرية لتقييم قدرة المستشعر على رصد التغيرات في تركيز الجلوكوز، وأظهرت النتائج استجابته لمستويات تراوحت بين 25 و400 مليجرام لكل ديسيلتر، وهي نطاقات تشمل مستويات منخفضة ومرتفعة من السكر.

واختبر الباحثون أداء المستشعر داخل سائل خلالي اصطناعي، يحاكي السوائل الموجودة بين خلايا الجسم، بهدف تقييم قدرته على العمل في بيئة قريبة من الظروف التي سيواجهها عند زرعه تحت الجلد.

واعتمد التصميم على وضع مواد الاستشعار داخل قضيب صغير مصنوع من الهلام المائي، يبلغ قطره نحو 2.5 مليمتر وطوله 11 مليمتراً، ويمكن إدخاله تحت الجلد باستخدام الحقن.

ويسمح الهلام المائي بمرور جزيئات الجلوكوز إلى داخل المستشعر، بينما يساعد على الاحتفاظ بالمواد الكيميائية المسؤولة عن عملية القياس، ومنع تسربها إلى الأنسجة المحيطة.

وأظهرت الاختبارات احتفاظ المستشعر بأكثر من 94% من المركب الفلوري الموجود بداخله بعد مرور 7 أيام، وهي نتيجة تشير إلى قدرة التصميم على الحد من تسرب مواد الاستشعار خلال التجارب المختبرية، بحسب الدراسة التي نشرتها دورية ACS Measurement Science Au.

لكن هذه النتيجة لا تعني أن المستشعر أصبح قادراً على تقديم قياسات مستمرة ودقيقة طوال أسبوع داخل جسم الإنسان، إذ اقتصرت الاختبارات حتى الآن على ظروف مختبرية.

متى يتوفر المستشعر للمرضى؟

لم يحدد الباحثون موعداً لبدء التجارب السريرية أو طرح المستشعر للاستخدام التجاري، إذ لا يزال تطوير التقنية في مراحله الأولى.

ويحتاج الباحثون إلى إجراء اختبارات إضافية لتقييم استقرار الإشارات الضوئية بمرور الوقت، ومدى قدرة المستشعر على الاحتفاظ بدقة القياس عند استخدامه لفترات طويلة، إلى جانب التأكد من توافق المواد المستخدمة مع أنسجة الجسم وعدم تسببها في آثار جانبية.

ويتطلب تحويل المستشعر إلى جهاز طبي متكامل؛ تطوير وسيلة عملية لقراءة الإشارات الضوئية من خارج الجسم، وتحويلها إلى بيانات يستطيع المرضى والأطباء استخدامها لمتابعة مستويات السكر.

وفي حال نجاح هذه المراحل، قد تسهم التقنية في تطوير جيل جديد من أجهزة المراقبة المستمرة للسكر، يعتمد على مستشعرات صغيرة قابلة للحقن تحت الجلد، مع خفض تكلفة المواد المستخدمة في تصنيعها، دون حاجة إلى وخز الأصابع بصورة متكررة.