Sucre sanguin : la lumière au lieu d’une piqûre

L’Empa et l’Hôpital universitaire de Zurich ont développé ensemble un capteur qui mesure le taux de sucre sanguin par contact avec la peau. Sa particularité : il ne nécessite aucune prise de sang, même pas pour son calibrage.

Dans un premier temps, le «Glucolight» devrait être utilisé chez les bébés prématurés afin de déceler à temps une baisse de leur taux de sucre sanguin et les dommages cérébraux que celle-ci peut entraîner.

En Suisse, un enfant sur douze nait prématurément. S’il se produit chez ces prématurés une baisse du taux de sucre sanguin (hypoglycémie) qui dure plus d’une heure, celle-ci peut provoquer une perturbation de leur développement cérébral.

Afin d’éviter cela, il est nécessaire de mesurer à intervalles réguliers leur taux de sucre sanguin. Jusqu’ici cela nécessitait obligatoirement une prise de sang. Des prises de sang répétitives durant des heures chez ces petits être sensibles ne sont pas possibles car elles provoqueraient une perte de sang et un stress trop importants. C’est aussi pourquoi, dans un projet financé par le Fonds national suisse (FNS), l’Empa et l’Hôpital universitaire de Zurich ont développé en commun le capteur «Glucolight» qui mesure le taux de sucre sanguin à travers la peau, sans aucune prise de sang.

Il existe certes déjà des capteurs cutanés mais ceux-ci doivent être calibrés avant leur utilisation. Pour cela il est nécessaire de connaître la perméabilité de la peau. Pour connaître cette perméabilité, on détermine le taux de sucre sanguin avec une prise de sang et on mesure simultanément ce taux de sucre sur la peau. Ces deux mesures permettent de calculer la perméabilité de la peau et de calibrer ainsi le capteur.

Sucre sanguin : la lumière au lieu d'une piqûre

Un mode de fonctionnement différent de celui des capteurs utilisés jusqu’ici

«Glucolight», grâce à sa méthode de mesure novatrice, évite toute prise de sang aux prématurés et permet simultanément un contrôle permanent de leur taux de glucose sanguin. Ce capteur comporte plusieurs composants: une tête de mesure par microdialyse qui comprend une membrane développée par l’Empa, des sources de lumière, une pompe et une puce microfluidique développée par l’Hôpital universitaire de Zurich.

La membrane «intelligente» de l’Empa renferme des molécules de colorant spéciales, appelées spiropyranes. Lorsque les molécules de spiropyrane sont exposées à un rayonnement ultraviolet, elles changent de structure chimique, ce qui modifie la répartition des charges dans les molécules et les rend ainsi polaires. Lorsqu’elles sont exposées à la lumière visible, les molécules retournent à leur état initial apolaire. Ceci provoque une «ouverture» de la membrane lorsqu’elle est irradiée avec de la lumière ultraviolette et les molécules de glucose peuvent diffuser relativement facilement de la peau à travers la membrane. En irradiation avec de la lumière normale, la perméabilité de la membrane aux molécules de glucose est nettement plus faible.

Pour la mesure, la tête de mesure d’un diamètre d’environ trois centimètres est collée sur la peau du nourrisson et elle est ensuite irradiée avec de la lumière visible – quelques molécules de glucose diffusent alors de la peau à travers la membrane. Derrière la membrane, le glucose est mélangé avec un liquide et pompé à travers le chip microfluidique avec une adjonction d’enzymes qui déclenchent une réaction. Cette réaction provoque une fluorescence qui est mesurée par le fluoromètre et l’ordinateur mesure à partir de cette valeur la concentration de glucose. La procédure est ensuite est répétée en éclairage ultraviolet. C’est à partir de ces deux valeurs différentes que l’ordinateur calcule la glycémie du prématuré.

Sucre sanguin : la lumière au lieu d'une piqûre

La recherche sur et avec le «Glucolight» se poursuit

A la mi-2014, les chercheurs ont déposé une demande de brevet pour le «Glucolight». Les premières études cliniques à l’Hôpital universitaire de Zurich sont prévues pour le cours de l’année 2015. Il pourrait toutefois se passer encore quelques années d’ici que le «Glucolight» soit utilisé de manière standard. Actuellement l’Empa et l’Hôpital universitaire de Zurich sont en tractation avec des partenaires pour la fabrication industrielle de ce capteur. Les chercheurs pensent qu’à l’avenir le «Glucolight» pourra aussi s’utiliser dans d’autres domaines, par exemple pour les diabétiques.

En photo : Damien de Courten, a l’Hôpital universitaire de Zurich, présente la tête de mesure du «Glucolight» avec sa membrane «intelligente» (Empa)

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