Diabetomat – nieinwazyjne diagnozowanie cukrzycy

Na krakowskiej Akademii Górniczo-Hutniczej powstało urządzenie przypominające alkomat, służące do analizy biomarkerów w wydychanym powietrzu. O tym, jak działa diabetomat i czy kiedyś zastąpi glukometr, mówi kierownik zespołu naukowego prof. dr hab. inż. Artur Rydosz z Wydziału Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji AGH w Krakowie.

prof. Artur Rydosz. Fot. źródło: www.lab.agh.edu.pl

Agnieszka Krupa: Kierowany przez Pana zespół stworzył urządzenie, które ma służyć diagnozowaniu cukrzycy na podstawie biomarkerów w wydychanym powietrzu. Na jakim etapie są prace?

prof. Artur Rydosz: Można powiedzieć, że jesteśmy już na ostatniej prostej. Po dość długim procesie badawczym, powołana została spółka celowa Advanced Medical Equipment S.A., która zajmuje się wdrożeniem urządzenia. Obecnie jesteśmy na etapie produkcji pierwszej prototypowej wersji diabetomatu, który następnie przejdzie badania kliniczne w celu uzyskania stosowanej certyfikacji.

W jaki sposób przebiega badanie w kierunku cukrzycy przy pomocy diabetomatu?

Badanie wygląda mniej więcej tak jak badanie alkomatem po spełnieniu pewnych restrykcyjnych warunków, m.in.: zachowanie 30-minutowej przerwy od posiłku, palenia tytoniu, czy żucia gumy. Pacjent dmucha w ustnik urządzenia, które analizuje parametry kilku biomarkerów połączonych z krzywą kalibracyjną, wtedy określana jest estymowana wartość glikemii. Podobnie jak w systemach ciągłego monitorowania glikemii, gdzie badane jest stężenie glukozy w płynie śródtkankowym, a nie we krwi włośniczkowej, więc wiemy, że dzięki zastosowaniu określonego algorytmu podawana wartość jest ekwiwalentem krwi włośniczkowej. Tak samo w diabetomacie – analiza biomarkerów w wydychanym powietrzu i innych parametrów jest ekwiwalentem chwilowego stężenia glukozy we krwi włośniczkowej.

Jakie grupy pacjentów będą mogły korzystać z tego badania? Czy urządzenie będzie wykorzystywane tylko do badań przesiewowych, czy też do wsparcia samodzielnej terapii pacjenta?

Dopiero badania kliniczne pozwolą nam dookreślić grupę, która będzie mogła w pełni skorzystać z pierwszej generacji urządzenia. Musimy zbadać różne czynniki, jest część leków hipoglikemizujących, które mogą wchodzić w interakcję, np. flozyny mogą wykazywać tendencję do powodowania kwasicy ketonowej, co mogłoby zaburzać wynik.

Docelowo myślimy o obu kierunkach, czyli używaniu diabetomatu zarówno do skriningu, w którym moglibyśmy w łatwy sposób wykryć zwiększone stężenie przygodnej glikemii, skierować pacjenta w warunkach ambulatoryjnych do postępowania zgodnie z rekomendacjami Polskiego Towarzystwa Diabetologicznego, przeprowadzić dalszą diagnostykę, badanie krwi na czczo i ewentualny test obciążenia glukozą, a także do bieżącego monitorowania przebiegu choroby.

W przypadku tego typu urządzeń sytuacja jest podobna do charakterystyki produktów leczniczych, tzn. to co urządzenie będzie mogło zbadać, a to do czego będzie można je zarejestrować to są dwa różne światy. Zależy nam, żeby jak najszybciej zarejestrować urządzenie do oznaczenia parametrów nawet w dość wąskiej grupie pacjentów, aby pokazać na rynku, że jest to możliwe, natomiast dopiero kolejne generacje urządzenia będą rozwijane w kierunku bieżącego monitorowania w maksymalnie szerokiej grupie pacjentów.

Jak to możliwe, że stężenie substancji w wydychanym powietrzu jest wykrywalne przez urządzenie wielkości alkomatu?

Ten proces jest dość skomplikowany. Z inżynierskiego punktu widzenia – w końcowej fazie wydechu, czyli tej, która tuż przed chwilą wzięła udział w wymianie gazowej w organizmie, mamy m.in. szereg lotnych związków organicznych, które trafiają do komory pomiarowej z czujnikami zgodnymi z patentami. Tam wykrywana jest parametryczna zmiana – jest to albo czujnik elektrochemiczny albo czujnik rezystancyjny półprzewodnikowy, który reaguje selektywnie z dobranymi substancjami, po to, żeby wykrywać tylko te substancje, które nas interesują. Zarówno budowa urządzenia, jak i algorytmy detekcji zostały objęte ochroną patentową w kraju i za granicą oraz uzyskały szereg nagród na kongresach medycznych.

Diabetomat. Fot. www.diabetomat.pl

Czy to jedno urządzenie będzie przeznaczone do wykrywania kilku chorób, czy tylko cukrzycy?

W tej fazie urządzenie jest przeznaczone głównie do wykrywania cukrzycy i okresowych zmian glikemii, natomiast spółka oczywiście planuje rozwój z wykorzystaniem posiadanej przez siebie technologii w kierunku wykrywania innych chorób.

Analiza wydychanego powietrza jest znana w zarówno w literaturze, jak i w praktyce klinicznej, chociażby FENO do badania pacjentów z astmą czy z obturacyjną chorobą płuc. Pojawiają się coraz nowsze doniesienia o możliwości zastosowania jej w badaniach przesiewowych z komórkami rakowymi wybranych nowotworów, czy w chorobach sercowo-naczyniowych.

Posiadana metodologia i technika pomiaru ma duży potencjał, natomiast priorytetem na najbliższy czas jest przeprowadzenie badania klinicznego dotyczącego cukrzycy.

Jak zrodził się ten pomysł? Dlaczego cukrzyca?

Zaczęło się wiele lat temu, jeszcze na studiach, kiedy zauważyliśmy, że jeden z kolegów, który miał cukrzycę, musiał się kilka razy dziennie nakłuwać, żeby monitorować glikemię. Zaczęliśmy się zastanawiać, czy nie ma jakiejś innej metody. Pojawiły się pierwsze doniesienia zagraniczne wskazujące, że jest to możliwe, tylko konieczna jest dość skomplikowana aparatura analityczna – chromatografia gazowa, czy spektrometria mas, a wraz z rozwojem systemów czujnikowych i pewnych algorytmów detekcji okazało się, że może uda się to zminimalizować, podobnie jak z wejściem na rynek powszechnie już stosowanych alkomatów, które początkowo były wykorzystywane tylko jako duże jednostki referencyjne przez organy do tego uprawnione, a dziś są powszechnie dostępne jako kompaktowe urządzenia. Podobną drogą podążamy z diabetomatem.

Można powiedzieć, że przez przypadek trafiłem na cukrzycę, a nie na inną chorobę. Jednocześnie cukrzyca jest tak powszechna, dotyka coraz większej liczby osób i pomimo tego, że posiadamy całkiem niezłe możliwości diagnostyczne w warunkach nawet domowych, czyli glukometry i systemy ciągłego monitorowania glikemii, wciąż widzimy coraz większy odsetek osób chorych niezdiagnozowanych na czas. W związku z tym rozwijają się u nich już powikłania cukrzycowe i jako ich następstwa osoby te wymagają hospitalizacji, a później dość długiego leczenia, więc monitorowanie przebiegu cukrzycy i prowadzenie badań w tym kierunku wydaje się zasadne. Nie ma też co ukrywać, że prowadzenie badań z udziałem osób z chorobami przewlekłymi jest troszkę prostsze niż z nowotworowymi, gdzie wymagane jest posiadanie dostępu do bardzo zaawansowanych jednostek medycznych, w obszarze nowotworowym nowinki techniczne w zakresie szybkiego skriningu pojawiają się znacznie wolniej ze względu na to, że dostęp do tych pacjentów i do próbek jest znacznie trudniejszy.

Prowadzi Pan także fundację Uciekamy cukrzycy. Czy to naturalne następstwo eksploracji tematu tej choroby?

Dokładnie tak. Będąc inżynierem, żeby zrozumieć, czym jest cukrzyca, jak powstaje, jak ją diagnozować, monitorować, musiałem się dobrze wyedukować w tym kierunku. Jak zacząłem pracować z osobami chorymi na cukrzycę, okazało się, że jednym z elementów, których brakuje w opiece nad tą grupą pacjentów są edukatorzy diabetologiczni. Zobaczyłem, że edukacja i reedukacja jest niezbędna właściwie na każdym etapie choroby. Też edukacja w szkołach i przedszkolach, pokazanie, że cukrzyca absolutnie nie wyklucza, że można z nią normalnie żyć. Tak to się zaczęło – zrobiłem odpowiednie kursy, m.in. kurs International Diabetes Federation i założyłem fundację, która na co dzień pomaga osobom z cukrzycą może nie tyle od niej uciec, co lepiej ją zrozumieć.

Kiedy diabetomat trafi do pierwszych pacjentów?

Najpierw spółka musi przeprowadzić badania kliniczne, które pozwolą nadać certyfikat medyczny umożliwiający stosowanie tego urządzenia w diagnostyce medycznej. Planujemy ten proces przeprowadzić w ciągu najbliższych 2 lat. Obowiązują nas regulacje prawne, zgodnie z którymi musimy ogłosić badanie kliniczne, przeprowadzić rekrutację pacjentów, przeprowadzić odpowiednie fazy badania, follow up itd. Nie da się tego przyspieszyć, natomiast jesteśmy już po zakończonej fazie badawczej, szczęśliwie wyprowadziliśmy wszystkie IPR (prawa własności intelektualnej – przyp. red.) do zewnętrznego podmiotu, czyli do spółki, która jest finansowo zabezpieczona na przeprowadzenie badań. Tu nie spodziewamy się większych opóźnień, ale są też sytuacje trudne do przewidzenia – pandemia spowodowała duże opóźnienia w badaniach i dostępności laboratoriów ze względu na lockdowny, a wojna w Ukrainie ograniczyła łańcuch dostaw komponentów elektronicznych, więc w 2019 roku wydawało się, że jesteśmy już tuż, tuż, a potem te dwie sytuacje to przekonanie zweryfikowały.

Jak wygląda proces od pomysłu na urządzenie do wprowadzenia go na rynek?

Procedury są mniej zawiłe niż na rynku medycznym. Na rynku start-upowym po badaniach prowadzonych przez mój zespół na AGH powołaliśmy spółkę start-up spin-off, która nazywała się Advance Diagnostic Equipment Sp. z o.o. Ta spółka po 2 latach inkubacji została spółką spin-out, tzn. odłączyła się już całkiem od uczelni i rozpoczęła swój niezależny byt, pozyskując partnera finansowego New Tech Capital S.A., z którym powołano spółkę celową, czyli Advance Medical Equipment S.A. Podmiot AME wchodzi niebawem na New Connect. Jest to spółka odpowiedzialna za przeprowadzenie procesu certyfikacji i wprowadzenie urządzenia diabetomat na rynek.

Czy diabetomat w przyszłości zastąpi glukometr?

To jest bardzo dobre pytanie, bo dzisiaj mamy również rekomendacje dotyczące powszechnie stosowanych systemów ciągłego monitorowania glikemii. Istnieją już odpowiednie metryki do oceny wyrównania metabolicznego z wykorzystaniem właśnie systemu CGM, a nie glukometrów, niemniej jednak glukometr pozostaje tym złotym standardem w detekcji glikemii i pomimo tego, że te urządzenia posiadają pewien błąd, który określa odpowiednia norma ISO, wciąż w praktyce klinicznej stosowane są jako urządzenia stosunkowo rzadko się mylące. Oczywiście z zachowaniem wszystkich odpowiednich procedur, to znaczy naładowanej baterii, odpowiedniego przechowywania pasków, prawidłowego nakłucia i pobrania próbki z higienicznego miejsca, bo to jest szalenie istotne.

Nasze urządzenie ma poprawić komfort życia z cukrzycą, natomiast w mojej ocenie glukometry z nami zostaną, zarówno używane z systemem ciągłego monitorowania glikemii, jak i w innych inwazyjnych metodach, jako taki wentyl bezpieczeństwa, to znaczy, jeżeli coś nie zadziałało, albo jeśli wyniki są odbiegające od naszego samopoczucia, powinniśmy to zweryfikować glukometrem. Pamiętajmy o tym, że stany w hiperglikemii, a w szczególności hipoglikemii, są stanami bezpośredniego zagrożenia zdrowia, więc nie możemy tutaj polegać tylko na jednym urządzeniu.

Glukometry zostaną i rekomenduję osobom chorym na cukrzycę, żeby zawsze miały przy sobie glukometr i świeże paski.

Rozmawiała Agnieszka Krupa

prof. dr hab. inż. Artur Rydosz – ur. 1985 r., od ponad 15 lat związany z systemami do nieinwazyjnego monitorowania stanów chorobowych. Autor 2 książek: Diabetes without needles, Human-organ-on-chip, obecnie pracuje and książką Exhaled Breath Analysis, która w całości poświęconej analizie wydychanego powietrza. Od początku swojej kariery związany z Akademią Górniczo-Hutniczą w Krakowie, gdzie prowadzi grupę badawczą pod nazwą Laboratorium Analizy Biomarkerów. Obecnie pełni również funkcję Prezesa Zarządu Spółki AME S.A. Współautor ponad 150 publikacji naukowych i 15 patentów. Kierownik projektów naukowych, stypendysta Fundacji na rzecz Nauki Polskiej, Narodowej Agencji Wymiany Akademickiej i tygodnika Polityka. Miłośnik gór i podróży.