Principiul de măsurare la senzorii implantabili

Senzorul implantabil este un mic cilindru, cam cât o jumătate de băț de chibrit, pe care medicul îl introduce subcutanat, de obicei în partea superioară a brațului. Procedura este scurtă și se face sub anestezie locală (lidocaină). Odată așezat subcutanat, senzorul este înconjurat de lichidul interstițial, iar el măsoară concentrația glucozei din acest lichid, fără să aibă vreo legătură directă cu vasele de sânge.

Învelișul exterior al senzorului conține un strat subțire de polimer poros. Glucoza din lichidul interstițial pătrunde și iese liber prin acest strat, astfel încât cantitatea de glucoză din învelișul exterior urmează îndeaproape cantitatea din țesutul din jur. În interiorul cilindrului se află o sursă mică de lumină, detectoare de lumină și un senzor de temperatură. La fiecare câteva minute, aparatul se activează pentru o fracțiune de secundă, aprinde lumina, citește răspunsul stratului de polimer, îl transmite mai departe și apoi redevine inert [1].

Senzorul implantabil folosește o tehnologie optică, bazată pe fluorescență. Ea este diferită de tehnologia enzimatică, electrică, a senzorilor obișnuiți (transcutanați). În învelișul de polimer sunt fixate molecule indicator, construite în jurul unor grupări de acid boronic. Aceste grupări se leagă reversibil și selectiv de moleculele de glucoză, apoi îi dau drumul, fără să o modifice [2].

Legarea glucozei schimbă comportamentul optic al moleculei indicator. O sursă mică de lumină din interiorul senzorului trimite un fascicul către stratul de polimer. Moleculele indicator răspund emițând la rândul lor lumină, dar cu o altă culoare (lungime de undă). Acest fenomen se numește fluorescență. Cu cât mai multe molecule indicator au glucoză legată, cu atât lumina emisă de ele este mai puternică. Detectorul din senzor măsoară această intensitate și o transformă într-o valoare a concentrației de glucoză. Substanțe cum ar fi paracetamolul sau vitamina C nu modifică rezultatul, deoarece aici nu are loc nicio reacție enzimatică, așa cum arată figura de mai jos [3].

Când concentrația glucozei din lichidul interstițial crește, din ce în ce mai multe molecule de glucoză pătrund în stratul de polimer și se leagă de moleculele indicator. Rezultatul este o lumină fluorescentă mai puternică, emisă la fiecare măsurătoare. Când concentrația glucozei scade, glucoza se desprinde de pe moleculele indicator și părăsește acest strat, iar lumina fluorescentă slăbește. Legarea și desprinderea se petrec rapid și continuu, astfel încât semnalul luminos urmărește variațiile din țesut [2] [4].

Semnalul luminos brut nu este însă suficient. Senzorul măsoară în același timp temperatura locală, deoarece temperatura influențează atât lumina trimisă către moleculele indicator, cât și fluorescența acestora [1]. Un canal de referință (o măsurătoare de control) verifică cât de puternică este în realitate această lumină de stimulare. Programul de calcul ține cont de timpul scurs de la implantare și de uzura lentă a moleculelor indicator expuse la lumină. Din toate aceste elemente rezultă o valoare corectată a concentrației locale de glucoză [4].

Senzorul implantat nu are baterie și nu emite în mod continuu un semnal radio propriu. Componenta purtată pe piele, așezată exact deasupra locului implantării, conține o bobină care generează la fiecare câteva minute un câmp magnetic (NFC). Acest câmp traversează pielea și alimentează cu energie senzorul, pentru mai puțin de o secundă. În restul timpului, senzorul rămâne inactiv [1].

Prin același câmp magnetic circulă și informația. Senzorul modifică ușor câmpul, iar componenta de pe piele citește aceste modificări și obține astfel intensitatea semnalului luminos brut, împreună cu temperatura măsurată. Din acest semnal, componenta externă calculează valoarea corectată a concentrației de glucoză, o salvează local și o trimite prin Bluetooth către aplicația de pe telefon [2] [5]. Câmpul magnetic lucrează pe o distanță foarte mică. Fără componenta de pe piele așezată corect, senzorul nu poate fi activat și nu se poate comunica cu el.

Nu. Moleculele indicator din senzorul implantabil se leagă de glucoză și apoi îi dau drumul, fără să o descompună și fără să o transforme în altceva. Se numește măsurare prin afinitate, adică prin atracție reversibilă, iar cantitatea de glucoză din țesut rămâne neschimbată. Senzorul citește practic un echilibru între câte molecule de glucoză sunt legate, în fiecare moment, de moleculele indicator [6].

Senzorii clasici, purtați pe piele, funcționează diferit. Ei folosesc o enzimă, gluco-oxidaza, care descompune glucoza la suprafața unui electrod și produce un curent electric proporțional cu concentrația glucozei. Cantitatea consumată este infimă și nu îți schimbă glicemia, dar reacția depinde de prezența oxigenului și epuizează treptat enzima. Principalul avantaj al măsurării prin afinitate este stabilitatea pe termen lung, care permite modelelor actuale de senzor implantabil să funcționeze până la un an [7].

Detectarea propriu-zisă a glucozei se petrece integral în interiorul senzorului implantat, deoarece acolo se află stratul de polimer cu molecule indicator, sursa de lumină și detectoarele. Componenta purtată pe piele nu intră în contact cu lichidul interstițial, deci nu detectează ea însăși glucoza [2]. Ea calculează totuși valoarea afișată, pornind de la semnalul primit de la implant, așa că este indispensabilă pentru funcționarea sistemului.

Componenta externă:

• alimentează senzorul.
• declanșează fiecare măsurătoare.
• primește semnalul brut.
• îl transformă într-o valoare a concentrației glucozei prin calcule și corecții.
• păstrează valorile.
• te avertizează prin vibrație la nevoie.
• trimite datele către telefon [5].

Dacă o dai jos, senzorul rămâne pe loc și nedeteriorat, dar nu se mai înregistrează nicio valoare până când o repui, corect poziționată deasupra implantului. Componenta externă a acestui sistem de monitorizare continuă a glicemiei se numește transmițător.