Subiecte

Abstract

Monitoarele continue de glucoză (CGM), utilizate de pacienții cu diabet zaharat, pot urmări în mod autonom fluctuațiile glicemiei în timp. Cu toate acestea, semnalul produs de CGM-uri în timpul perioadei inițiale de înregistrare după implantarea senzorului conține zgomot substanțial, necesitând recalibrare frecventă prin teste de înțepare deget. Aici, arătăm că acoperirea senzorului cu un polimer zwitterionic, găsit printr-o abordare chimică combinatorie, reduce semnificativ zgomotul semnalului și îmbunătățește performanța CGM. Am evaluat senzorii acoperiți cu polimer la șoareci, precum și la primatele neumane sănătoase și diabetice și am arătat că senzorii înregistrează cu exactitate nivelurile de glucoză fără a fi necesară recalibrarea. Arătăm, de asemenea, că senzorii acoperiți au abrogat semnificativ răspunsurile imune, așa cum este indicat de histologie, imagistica fluorescentă a întregului corp a activității proteazei asociate inflamației și expresia genică a markerilor de inflamație. Acoperirea polimerică poate permite CGM-urilor să devină dispozitive de măsurare independente.

Opțiuni de acces

Abonați-vă la Jurnal

Obțineți acces complet la jurnal timp de 1 an

doar 7,71 EUR pe număr

Toate prețurile sunt prețuri NET.
TVA va fi adăugat mai târziu în casă.

Închiriați sau cumpărați articol

Obțineți acces limitat la timp sau la articol complet pe ReadCube.

Toate prețurile sunt prețuri NET.

măsurare

Referințe

Yach, D., Stuckler, D. & Brownell, K. D. Consecințele epidemiologice și economice ale epidemiilor globale de obezitate și diabet. Nat. Med. 12, 62-66 (2006).

Zimmet, P., Alberti, K. G. M. M. și Shaw, J. Implicații globale și societale ale epidemiei de diabet. Natură 414, 782–787 (2001).

Gabir, M. M. și colab. Asociația Americană a Diabetului din 1997 și Organizația Mondială a Sănătății din 1999 criteriile pentru hiperglicemie în diagnosticul și predicția diabetului. Îngrijirea diabetului 23, 1108–1112 (2000).

Zhuo, X. și colab. Costul pe viață al diabetului și implicațiile sale pentru prevenirea diabetului. Îngrijirea diabetului 37, 2557–2564 (2014).

Clar, C., Barnard, K., Cummins, E., Royle, P. & Waugh, N. Auto-monitorizarea glicemiei în diabetul de tip 2: o revizuire sistematică. Tehnologia sănătății. Evalua. (Rockv.) 14, 1–140 (2010).

Kovatchev, B., Breton, M. și Clarke, W. Metode analitice pentru recuperarea și interpretarea datelor de monitorizare continuă a glucozei în diabet. Metode Enzymol. 454, 69-86 (2009).

Boland, E. și colab. Limitări ale metodelor convenționale de auto-monitorizare a glicemiei. Îngrijirea diabetului 24, 1858–1862 (2001).

Newman, J. D. și Turner, A. P. F. Biosenzori de glucoză din sânge la domiciliu: o perspectivă comercială. Biosene. Bioelectron. 20, 2435–2453 (2005).

Hovorka, R. Monitorizare continuă a glucozei și sisteme cu circuit închis. Diabet. Med. 23, 1-12 (2006).

Shichiri, M., Yamasaki, Y., Kawamori, R., Hakui, N. & Abe, H. Pancreas endocrin artificial portabil cu senzor de glucoză tip ac. Lancet 320, 1129–1131 (1982).

Hovorka, R. Livrarea insulinei în buclă închisă: de la bancă la practica clinică. Nat. Rev. Endocrinol. 7, 385-395 (2011).

Veiseh, O., Tang, B. C., Whitehead, K. A., Anderson, D. G. și Langer, R. Gestionarea diabetului cu nanomedicină: provocări și oportunități. Nat. Rev. Drug Discov. 14, 45–57 (2014).

Mastrototaro, J. J. Sistemul de monitorizare continuă a glucozei MiniMed. Tehnologia diabetului. Ther. 2, 13-18 (2004).

Girardin, C. M., Huot, C., Gonthier, M. & Delvin, E. Monitorizarea continuă a glucozei: o revizuire a perspectivelor biochimice și a utilizării clinice în diabetul de tip 1. Clin. Biochimie. 42, 136-142 (2009).

Gifford, R. Monitorizarea continuă a glucozei: 40 de ani, ce am învățat și ce urmează. ChemPhysChem 14, 2032–2044 (2013).

Rodbard, D. Monitorizarea continuă a glucozei: o revizuire a succeselor, provocărilor și oportunităților. Tehnologia diabetului. Ther. 18 (Supliment. 2), S23 - S213 (2016).

Vaddiraju, S., Burgess, D. J., Tomazos, I., Jain, F. C. și Papadimitrakopoulos, F. Tehnologii pentru monitorizarea continuă a glucozei: probleme actuale și promisiuni viitoare. J. Diabetes Sci. Tehnologie. 4, 1540–1562 (2010).

Gerritsen, M. Probleme asociate cu senzorii de glucoză implantați subcutanat. Îngrijirea diabetului 23, 143-145 (2000).

Nichols, S. P., Koh, A., Storm, W. L., Shin, J. H. și Schoenfisch, M. H. Materiale biocompatibile pentru dispozitive de monitorizare continuă a glucozei. Chem. Rev. 113, 2528–2549 (2013).

Gerritsen, M., Jansen, J. A. și Lutterman, J. A. Performanța senzorilor de glucoză implantați subcutanat pentru monitorizare continuă. Neth. J. Med. 54, 167–179 (1999).

Novak, M. T., Yuan, F. & Reichert, W. M. Predicția comportamentului senzorului de glucoză în sânge utilizând modelarea transportului: impactul relativ al bioincrustării proteinelor și al efectelor metabolice celulare. J. Diabetes Sci. Tehnologie. 7, 1547–1560 (2013).

Jadviscokova, T., Fajkusova, Z., Pallayova, M., Luza, J. & Kuzmina, G. Apariția evenimentelor adverse datorită monitorizării continue a glucozei. Biomed. Pap. Med. Fac. Univ. Palacky Olomouc ceh. Repub. 151, 263–266 (2007).

Ghidul utilizatorului iPro2 (Medtronic MiniMed, 2017).

Boyne, M. S., Silver, D. M., Kaplan, J. & Saudek, C. D. Momentul modificărilor glicemiei interstițiale și venoase măsurate cu un senzor de glucoză subcutanat continuu. Diabet 52, 2790–2794 (2003).

Ellison, J. M. și colab. Modificările rapide ale glicemiei postprandiale produc diferențe de concentrație la degetele, antebrațul și locurile de prelevare a coapsei. Îngrijirea diabetului 25, 961–964 (2002).

Sylvain, H. F. și colab. Acuratețea valorilor glucozei degetelor la pacienții cu șoc. A.m. J. Crit. Îngrijire 4, 44-48 (1995).

McGarraugh, G. Chimia monitoarelor comerciale continue de glucoză. Tehnologia diabetului. Ther. 11, S-17 - S-24 (2009).

Wang, J. în Senzori electrochimici, biosenzori și aplicațiile lor biomedicale (eds Zhang, X., Ju, H. și Wang, J.) 57–69 (Elsevier, New York, 2008).

Basu, A., Veettil, S., Dyer, R., Peyser, T. & Basu, R. Dovezi directe ale interferenței acetaminofenului cu detectarea subcutanată a glucozei la om: un studiu pilot. Tehnologia diabetului. Ther. 18 (Supliment. 2), S243 - S247 (2016).

Klueh, U., Frailey, J. T., Qiao, Y., Antar, O. & Kreutzer, D. L. Bariere metabolice bazate pe celule la difuzia glucozei: macrofage și monitorizare continuă a glucozei. Biomateriale 35, 3145-3153 (2014).

Klueh, U., Kaur, M., Qiao, Y. & Kreutzer, D. L. Rolul critic al mastocitelor tisulare în controlul funcției senzorului de glucoză pe termen lung in vivo. Biomateriale 31, 4540–4551 (2010).

Onuki, Y., Bhardwaj, U., Papadimitrakopoulos, F. & Burgess, D. J. O revizuire a biocompatibilității dispozitivelor implantabile: provocări actuale pentru a depăși răspunsul corpului străin. J. Diabetes Sci. Tehnologie. 2, 1003-1015 (2008).

Anderson, J. M. Răspunsuri biologice la materiale. Annu. Rev. Mater. Rez. 31, 81-110 (2001).

Moussy, F. Senzor de glucoză implantabil: progres și probleme. În Lucrările senzorilor IEEE 270–273 (IEEE, 2002).

Meyers, S. R. și Grinstaff, M. W. Modificări de suprafață biocompatibile și bioactive pentru o eficacitate prelungită in vivo. Chem. Rev. 112, 1615–1632 (2012).

Vallejo-Heligon, S. G., Brown, N. L., Reichert, W. M. și Klitzman, B. Învelișurile poroase din poliuretan încărcate cu dexametazonă extind fereastra de performanță a senzorilor de glucoză implantabili in vivo. Acta Biomater. 30, 106-115 (2016).

Klueh, U., Kaur, M., Montrose, D. C. și Kreutzer, D. L. Senzori de inflamație și glucoză: utilizarea dexametazonei pentru a extinde funcția senzorului de glucoză și durata de viață in vivo. J. Diabetes Sci. Tehnologie. 1, 496–504 (2007).

Vaisocherova, H. și colab. Curățare ultralocă și chimie funcțională a suprafeței bazată pe un polimer zwitterionic care permite detectarea proteinelor sensibile și specifice în plasma sanguină nediluată. Anal. Chem. 80, 7894–7901 (2008).

Zhang, L. și colab. Hidrogelurile zwitterionice implantate la șoareci rezistă la reacția corpului străin. Nat. Biotehnologie. 31, 553–556 (2013).

Zhao, J. și colab. Îmbunătățirea proprietății de biocompatibilitate și antifouling a membranei din țesături nețesute din polipropilenă prin altoirea polimerului zwitterionic. J. Memb. Știință. 369, 5-12 (2011).

Klueh, U., Antar, O., Qiao, Y. & Kreutzer, D. L. Rolul rețelelor vasculare în extinderea funcției senzorului de glucoză: impactul angiogenezei și limfangiogenezei asupra monitorizării continue a glucozei in vivo. J. Biomed. Mater. Rez. Partea A 102, 3512–3522 (2014).

Englert, K. și colab. Probleme de piele și adeziv cu monitoarele continue de glucoză: o situație lipicioasă. J. Diabetes Sci. Tehnologie. 8, 745-751 (2014).

Laboratoarele Abbott. FreeStyle Free, sistem flash de monitorizare a glucozei. Abbott Libre https://www.freestylelibre.us (2018).

Bailey, T., Bode, B. W., Christiansen, M. P., Klaff, L. J. & Alva, S. Performanța și utilizabilitatea unui sistem de monitorizare a glucozei flash calibrate din fabrică. Tehnologia diabetului. Ther. 17, 787–794 (2015).

Hoss, U. & Budiman, E. S. Senzori de glucoză continuă calibrați în fabrică: știința din spatele tehnologiei. Tehnologia diabetului. Ther. 19, Studio S-44 - S-50 (2017).

Bequette, B. W. Monitorizarea continuă a glucozei: algoritmi în timp real pentru calibrare, filtrare și alarme. J. Diabetes Sci. Tehnologie. 4, 404-18 (2010).

Doloff, J. C. și colab. Receptorul factorului 1 de stimulare a coloniei este o componentă centrală a răspunsului corpului străin la implanturile biomateriale la rozătoare și primate neumane. Nat. Mater. 16, 671–680 (2017).

Prichard, H. L., Schroeder, T., Reichert, W. M. și Klitzman, B. Imagistica cu bioluminiscență a glucozei în țesuturile din jurul poliuretanului și a implanturilor senzorului de glucoză. J. Diabetes Sci. Tehnologie. 4, 1055-1062 (2010).

Yang, W., Xue, H., Carr, L. R., Wang, J. și Jiang, S. Hidrogeluri poli (carboxibetainice) zwitterionice pentru biosenzorii glucozei în medii complexe. Biosene. Bioelectron. 26, 2454–2459 (2011).

Yang, W. și colab. Efectul acoperirii cu hidrogel poli (carboxibetaină) ușor reticulat asupra performanței senzorilor din sângele integral. Biomateriale 33, 7945–7951 (2012).

Reid, B. și colab. Degradarea hidrogelului PEG și rolul mediului tisular înconjurător. J. Țesut ing. Ploaie. Med. 9, 315-318 (2015).

Bratlie, K. M. și colab. Analiza rapidă a biocompatibilității materialelor prin imagistica in vivo a fluorescenței modelelor de șoarece. Plus unu 5, e10032 (2010).

Vegas, A. J. și colab. Biblioteca combinată de hidrogel permite identificarea materialelor care atenuează răspunsul corpului străin la primate. Nat. Biotehnologie. 34, 345–352 (2016).

Yesilyurt, V. și colab. O metodă simplă și versatilă pentru a înzestra dispozitivele biomateriale cu acoperiri de suprafață zwitterionice. Adv. Healthc. Mater. 6, 1601091 (2017).

Lee, H., Dellatore, S. M., Miller, W. M. & Messersmith, P. B. Chimie de suprafață inspirată de midii pentru acoperiri multifuncționale. Ştiinţă 318, 426–430 (2007).

Lee, H., Rho, J. & Messersmith, P. B. Conjugarea facilă a biomoleculelor pe suprafețe prin acoperiri cu proteine ​​adezive pentru midii. Adv. Mater. 21, 431–434 (2009).

Kang, S. M. și colab. Funcționalizarea suprafeței polivalente într-un singur pas prin catecolamină adezivă. Adv. Funct. Mater. 22, 2949–2955 (2012).

Facchinetti, A., Sparacino, G. & Cobelli, C. Algoritmi de procesare a semnalului care implementează conceptul „senzor inteligent” pentru a îmbunătăți monitorizarea continuă a glucozei în diabet. J. Diabetes Sci. Tehnologie. 7, 1308–1318 (2013).

Vallejo-Heligon, S. G., Klitzman, B. & Reichert, W. M. Caracterizarea acoperirilor poliuretanice poroase care eliberează dexametazona pentru senzorii de glucoză. Acta Biomater. 10, 4629–4638 (2014).

Salesov, E., Zini, E., Riederer, A., Lutz, T. A. și Reusch, C. E. Comparația farmacodinamicii insulinei protaminice zinc și insulinei degludec și validarea sistemului de monitorizare continuă a glucozei iPro2 la pisicile sănătoase. Rez. Veterinar. Știință. 118, 79-85 (2018).

Chen, X., Lawrence, J., Parelkar, S. & Emrick, T. Noi copolimeri zwitterionici cu acid dihidrolipoic: sinteza și prepararea nanorodurilor care nu conturează. Macromolecule 46, 119–127 (2013).

Mulțumiri

Această lucrare a fost susținută de Leona M. și Harry B. Helmsley Charitable Trust Foundation (2015PG-T1D063), Juvenile Diabetes Research Foundation (JDRF) (Grant 17-2007-1063) și Institutele Naționale de Sănătate (Granturi EB000244, EB000351, DE013023 și CA151884), și printr-un dar generos de la Fundația Familiei Tayebati. J.C.D. a fost sprijinit de bursa postdoctorală JDRF (Grant 3-PDF-2015-91-A-N). J.O. este sprijinit de Institutele Naționale de Sănătate (NIH/NIDDK) R01DK091526 și Proiectul Chicago Diabetes. B. a fost susținut de Programul pentru 100 de talente al Universității Sun Yat-Sen (76120-18821104) și Programul pentru tineret pentru 1000 de talente din China și recunoaște sprijinul financiar al Fundației Naționale pentru Științe Naturale din China (Grant nr. 51705543, 61771498 și 31530023) și Știința și Programul tehnologic din Guangzhou, China (Grant nr. 20180310097). În plus, de o importanță extremă, autorii mulțumesc nucleelor ​​de histologie și imagistică a animalelor întregi pentru utilizarea resurselor (Centrul de biotehnologie Swanson, Institutul David H. Koch pentru cercetarea integrativă a cancerului la MIT).

Informatia autorului

Acești autori au contribuit în mod egal: Xi Xie, Joshua C. Doloff, Volkan Yesilyurt, Atieh Sadraei.

Afilieri

David H. Koch Institute for Integrative Cancer Research, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, SUA

Xi Xie, Joshua C. Doloff, Volkan Yesilyurt, Atieh Sadraei, Omid Veiseh, Shady Farah, Arturo Vegas, Jie Li, Weiheng Wang, Andrew Bader, Hok Hei Tam, Katrina Ann Williamson, Robert Langer și Daniel G. Anderson

Laboratorul cheie de stat al materialelor și tehnologiilor optoelectronice, Școala de electronică și tehnologia informației, Departamentul de hipertensiune și boli vasculare, Primul spital afiliat, Universitatea Sun Yat-Sen, Guangzhou, China

Xi Xie, Jun Tao, Hui-jiuan Chen și Boru Yang

Departamentul de Inginerie Chimică, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, SUA

Joshua C. Doloff, Atieh Sadraei, Omid Veiseh, Shady Farah, Hok Hei Tam, Robert Langer și Daniel G. Anderson

Departamentul de Anestezie, Boston Children's Hospital, Boston, MA, SUA

Joshua C. Doloff, Volkan Yesilyurt, Omid Veiseh, Shady Farah, Arturo Vegas, Jie Li, Andrew Bader, Robert Langer și Daniel G. Anderson

Divizia de transplant, Departamentul de Chirurgie, Universitatea din Illinois la Chicago, Chicago, IL, SUA

James J. McGarrigle, Mustafa Omami, Douglas Isa, Sofia Ghani, Ira Joshi și Jose Oberholzer

Școala de Inginerie și Științe Aplicate, Inginerie Biomedică, Universitatea Harvard, Cambridge, MA, SUA

Katrina Ann Williamson

Divizia Harvard-MIT de Tehnologia Științelor Sănătății, Institutul de Inginerie Medicală și Știință, Institutul de Tehnologie din Massachusetts, Cambridge, MA, SUA

Robert Langer și Daniel G. Anderson

Puteți căuta acest autor și în PubMed Google Scholar