Il principio di misura dei sensori impiantabili

Il sensore impiantabile è un piccolo cilindro, grande all'incirca come mezzo fiammifero, che il medico posiziona sotto la pelle, di solito nella parte alta del braccio. La procedura è rapida e si esegue in anestesia locale (lidocaina). Una volta in sede sotto la pelle, il sensore è circondato dal liquido interstiziale. Misura la concentrazione di glucosio in questo liquido, senza alcun collegamento diretto con i vasi sanguigni.

L'involucro esterno del sensore porta un sottile strato di polimero poroso. Il glucosio del liquido interstiziale entra ed esce liberamente da questo strato, quindi la quantità di glucosio nel rivestimento esterno segue da vicino quella del tessuto circostante. Dentro il cilindro si trovano una piccola sorgente di luce, dei rilevatori di luce e un sensore di temperatura. Ogni pochi minuti il dispositivo si sveglia per una frazione di secondo. Accende la luce, legge la risposta dello strato di polimero, la trasmette e poi torna a riposo [1].

Il sensore impiantabile usa una tecnologia ottica basata sulla fluorescenza. Si distingue dalla tecnologia enzimatica ed elettrica dei sensori comuni (transcutanei). Nel rivestimento di polimero sono ancorate molecole indicatrici, costruite intorno a gruppi di acido boronico. Questi gruppi si legano in modo reversibile e selettivo alle molecole di glucosio e poi le lasciano andare, senza modificarle [2].

Quando il glucosio si lega, il comportamento ottico della molecola indicatrice cambia. Una piccola sorgente di luce dentro il sensore invia un fascio nello strato di polimero. Le molecole indicatrici rispondono emettendo una luce propria, ma di colore diverso (lunghezza d'onda diversa). Questo fenomeno si chiama fluorescenza. Più molecole indicatrici hanno glucosio legato, più intensa è la luce che emettono. Un rilevatore dentro il sensore misura questa intensità e la converte in una concentrazione di glucosio. Sostanze come il paracetamolo o la vitamina C non influenzano il risultato, perché qui non avviene alcuna reazione enzimatica, come mostra la figura qui sotto [3].

Man mano che la concentrazione di glucosio nel liquido interstiziale sale, sempre più molecole di glucosio entrano nello strato di polimero e si legano alle molecole indicatrici. Il risultato è una luce fluorescente più intensa a ogni misura. Quando la concentrazione di glucosio scende, il glucosio si stacca dalle molecole indicatrici e lascia lo strato, e la luce fluorescente si affievolisce. Il legame e il rilascio avvengono in fretta e di continuo, quindi il segnale luminoso segue i cambiamenti nel tessuto [2] [4].

Il solo segnale luminoso grezzo non basta, però. Nello stesso momento il sensore misura anche la temperatura locale, perché la temperatura influisce sia sulla luce inviata verso le molecole indicatrici sia sulla fluorescenza che restituiscono [1]. Un canale di riferimento (una misura di controllo) verifica quanto è davvero intensa questa luce stimolante. Il software tiene conto anche del tempo trascorso dall'impianto e della lenta degradazione delle molecole indicatrici esposte alla luce. Tutto questo insieme dà un valore corretto della concentrazione locale di glucosio [4].

Il sensore impiantato non ha batteria e non emette di continuo un proprio segnale radio. Il componente portato sulla pelle, che sta direttamente sopra l'impianto, contiene una bobina che genera un campo magnetico (NFC) ogni pochi minuti. Questo campo attraversa la pelle e alimenta il sensore per meno di un secondo. Il resto del tempo il sensore resta inattivo [1].

L'informazione viaggia attraverso lo stesso campo magnetico. Il sensore altera leggermente il campo, e il componente sulla pelle legge questi cambiamenti, recuperando l'intensità del segnale luminoso grezzo insieme alla temperatura misurata. Da questo segnale il componente esterno calcola la concentrazione corretta di glucosio, la conserva in locale e la invia via Bluetooth all'app del tuo telefono [2] [5]. Il campo magnetico funziona solo a distanza molto breve. Senza il componente sulla pelle correttamente in sede, il sensore non può essere attivato e non ci si può comunicare.

No. Le molecole indicatrici del sensore impiantabile legano il glucosio e poi lo lasciano andare, senza scomporlo e senza trasformarlo in altro. Si chiama rilevamento per affinità, cioè misura per attrazione reversibile, e la quantità di glucosio nel tessuto resta invariata. Quello che il sensore legge è in sostanza un equilibrio tra quante molecole di glucosio sono legate, in un dato momento, alle molecole indicatrici [6].

I sensori convenzionali, portati sulla pelle, funzionano in modo diverso. Si basano su un enzima, la glucosio ossidasi, che scompone il glucosio sulla superficie di un elettrodo e produce una corrente elettrica proporzionale alla concentrazione di glucosio. La quantità consumata è minima e non cambia la tua glicemia, ma la reazione dipende dalla presenza di ossigeno ed esaurisce gradualmente l'enzima. Il vantaggio principale del rilevamento per affinità è la sua stabilità nel tempo, che permette agli attuali modelli di sensore impiantabile di funzionare fino a un anno [7].

Il rilevamento del glucosio avviene interamente dentro il sensore impiantato, perché è lì che si trovano lo strato di polimero con le molecole indicatrici, la sorgente di luce e i rilevatori. Il componente portato sulla pelle non entra mai in contatto con il liquido interstiziale, quindi non rileva di per sé il glucosio [2]. Calcola però il valore mostrato a partire dal segnale che riceve dall'impianto, quindi il sistema non può funzionare senza di lui.

Il componente esterno:

• alimenta il sensore;
• avvia ogni misura;
• riceve il segnale grezzo;
• lo trasforma in una concentrazione di glucosio attraverso calcoli e correzioni;
• conserva le letture;
• ti avvisa con una vibrazione quando serve;
• invia i dati al tuo telefono [5].

Se lo togli, il sensore resta in sede e integro, ma non viene registrata alcuna lettura finché non lo rimetti, posizionato correttamente sopra l'impianto. Il componente esterno di questo sistema di monitoraggio continuo del glucosio si chiama trasmettitore.