光音響グルコースセンシング

April, 2, 2025, Washington--非侵襲的光音響センシングは、糖尿病患者の皮膚を貫通せずに血糖値を検出できるか?インドの研究チームは、このような測定を実行できる将来の機器の基礎を構築している。

科学者たちは、近赤外光音響センシングを使用して、数ミリメートルの深さで、溶液中のグルコースやその他の分子の濃度と光学回転を相関させる概念実証システムを開発した(Sci. Adv., doi:10.1126/sciadv.ado8012)。この研究は、針を使わないグルコースモニタリングだけでなく、特定のガンの検出率の向上にもつながる可能性がある。

キラリティと光音響センシング
多くの分子は、人体に自然に発生する分子と多くの薬物の分子の両方で、その鏡像に重ね合わせることができないキラリティを示す。エナンチオマ(光学異性体)と呼ばれるキラル分子の2つの異なるバージョンは、異なる振る舞いをする可能性がある。例えば、サリドマイドのエナンチオマの一つは鎮静剤として作用し、もう一つは壊滅的な先天性欠損症を引き起こす。

最も基本的な糖分子であるグルコースもキラリティを示し、分子と相互作用する光の偏光を変化させる。しかし、短波長偏光法は、組織内の散乱効果が光信号を脱分極する可能性があるため、生体組織で常に機能するとは限らない。

光音響センシングは、レーザ光を使用して生体組織成分をわずかに加熱し、熱弾性の膨張と収縮を誘発する。熱変化により、分析可能な超音波のスペクトルが生成される。

コンセプトのデモンストレーション
インド科学研究所の2人の研究者Swathi Padmanabhan とJaya Prakashは、彼らの実験技術を光音響ベースの偏光強化光学回転センシング(PAPEORS)と名付けた。彼らの実験では、Nd:YAGレーザからの波長1560nmの光が円偏光光学系と磁気的に攪拌された溶液を通過した。超音波トランスデューサが、時系列の光音響信号を拾った。

二人は最初に、水またはウシ血清アルブミン(BSA)の溶液、および厚さ3mmの鶏の胸肉組織のスライス内で様々な濃度のグルコースを調べた。次に、研究チームは、被験者が食事を摂取する前と後の両方で、人間の指で実験装置をテストした。チームは、光音響の結果と、指を刺して血滴に依存する標準的な血糖測定器の結果と比較した。

研究チームによると、PAPEORSの検出限界は80mg/dlであり、被験者の血糖値が上昇するにつれて、被験者の指からの光音響信号は各食事後に増加した。卓上型装置は実用化のために小型化する必要があるが、チームは、この技術が将来の血糖モニタリングに有望であると考えている。