Разработаны «умные» контактные линзы для неинвазивного мониторинга глюкозы в режиме реального времени

В мае 2024 года исследователи Университета Йонсей (Yonsei University) совместно с коллегами из других ведущих научных центров объявили о значительном прорыве в области контроля сахарного диабета, разработав «умные» контактные линзы. Данные линзы способны анализировать компоненты слезной жидкости для измерения уровня глюкозы в крови в режиме реального времени, предлагая неинвазивную альтернативу традиционным методам, которые часто вызывают дискомфорт и несут риск инфицирования.

Сахарный диабет характеризуется повышенным уровнем глюкозы в крови, что может приводить к осложнениям практически во всех системах организма. Это делает регулярный мониторинг уровня глюкозы критически важным, особенно с учетом его колебаний, обусловленных ежедневными привычками, включая характер питания.

Инновационная разработка

В состав исследовательской группы вошли профессор Ким Джа Ён (Kim Ja-young) с кафедры медицинской инженерии Университета Йонсей, профессор Ли Ён Хо (Lee Yong-ho) из отделения внутренней медицины больницы Северанс (Severance Hospital), а также профессор Пак Джан Ун (Park Jang-ung) с кафедры материаловедения и инженерии Университета Йонсей. Кроме того, вклад в исследование внесли профессор Ким Хон Гюн (Kim Hong-kyun) и исследователь Ким Чон Хо (Kim Jeong-ho) из Университетской больницы Кёнпук (Kyungpook National University Hospital), а также исследователь Ким Джу Хи (Kim Joo-hee) из Корейского института науки и технологий (Korea Institute of Science and Technology).

Представленные «умные» линзы изготовлены из материалов, аналогичных используемым в коммерчески доступных контактных линзах, и содержат встроенный высокочувствительный глюкозный сенсор и беспроводную антенну. Линзы измеряют уровень глюкозы в слезной жидкости и передают эти данные на мобильное устройство, обеспечивая мониторинг в реальном времени. Было подтверждено, что линзы комфортны в ношении и не нарушают зрение.

Схема и изображение «умной» контактной линзы, разработанной совместной исследовательской группой (источник: Severance Hospital).

Предварительное тестирование и результаты

В ходе предварительных испытаний с участием кроликов, собак и 10 добровольцев линзы точно отслеживали изменения уровня глюкозы в крови путем анализа содержания глюкозы в слезе. После периода стабилизации продолжительностью от одной до трех минут после надевания линзы корреляция между уровнем глюкозы в слезе и в крови значительно возрастала.

Исследовательская группа изучила, как различные типы слез (базальные, эмоциональные и рефлекторные) влияют на показатели глюкозы. Было установлено, что рефлекторные слезы, вызванные раздражением глаза или намеренной стимуляцией, первоначально снижают корреляцию между уровнем глюкозы в слезе и в крови. Однако эта корреляция усиливалась после стабилизации уровня глюкозы в слезной жидкости.

Исследователь измеряет уровень глюкозы в крови после надевания «умных» контактных линз (источник: Severance Hospital).

Персонализированная временная задержка и высокая точность

Применение нового подхода, учитывающего персонализированную временную задержку, показало, что изменения уровня глюкозы в слезе отражают изменения глюкозы в крови после индивидуальной отсрочки. Эта персонализация наряду с коэффициентом корреляции Пирсона 0,9 и выше продемонстрировала высокую точность данной технологии.

Исследователи также использовали анализ погрешностей Кларка (Clarke error grid analysis), чтобы подтвердить, что прогнозируемые уровни глюкозы в крови на основе анализа слезной жидкости тесно соответствуют показателям, измеренным с помощью традиционных глюкометров.

Профессор Ли Ён Хо отметил: «Благодаря введению концепции времени мы решили проблемы, которые ранее препятствовали анализу глюкозы крови на основе слезной жидкости, и четко установили корреляцию между глюкозой слезы и уровнем глюкозы в крови. Ожидается, что „умные“ контактные линзы позволят точно измерять уровень холестерина, внутриглазное давление и другие аналиты, обнаруживаемые в слезе, что откроет возможности для диагностики и лечения других заболеваний».

Результаты данного исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Источник: Nature Communications