Het oog als spiegel van de bloedsuiker

Reading time: 8 minutes

Author:

Een paar keer per dag in je vinger prikken, voor diabetespatiënten is het van levensbelang. Hun lichaam kan niet goed de hoeveelheid glucose – suiker – in het bloed sturen, en te grote afwijkingen van de gebruikelijke grenzen leiden tot ernstige problemen. De beschikbaarheid van én behoefte aan glucose varieert echter enorm door maaltijden, inspanning en nog een paar andere factoren. Dus zit er niks anders op dan prikken om een druppeltje bloed te testen.

In 2010 vielen de gezamenlijke ogen van een gemêleerd groepje wetenschappers en ondernemers op een Amerikaanse publicatie over traanvocht. Eigenlijk waren ze zich aan het verdiepen in het idee om via het oog medicijnen toe te dienen, maar het artikel beschreef hoe de concentratie van glucose in het oogvocht die van het bloed binnen tien minuten op de voet volgt. Kon dit het gouden ei zijn om de glucoseconcentratie niet-invasief te monitoren?

Sinds oktober is er in Nijmegen een kleine start-up, Noviosense, die hier een sensor voor ontwikkelt. ’Dit is nog maar een niet-functioneel concept‘, zegt directeur Chris Wilson terwijl hij uit zijn koffertje een plastic zakje opdiept, waar hij vervolgens een klein flexibel staafje uit haalt. Wie goed kijkt, ziet dat het een veertje is van een in zachte hydrogel verpakt metalen draadje. ’De bedoeling is dat de patiënt dit onder zijn onderste ooglid doet, waar het dan enkele dagen blijft zitten. Waardes worden draadloos uitgelezen.‘

De eerste proeven laten zien dat mensen het veertje goed verdragen. ’Het verschilt natuurlijk van persoon tot persoon, maar je kunt het een beetje vergelijken met voor het eerst een contactlens krijgen‘, zegt Wilson. Ontwikkeling gaat nog jaren duren, maar als het lukt, heeft het systeem een paar interessante voordelen. Eerst en vooral: geen prikken meer, althans voor de meting (wel als de patiënt insuline injecteert). Daarnaast gaat meten veel simpeler en sneller, want de sensor blijft permanent onder het oog zitten. Daardoor zal de patiënt minder vaak een meting overslaan. Ook kan er vaker worden gemeten, zodat er over de dag een nauwkeurig beeld ontstaat. ’Er is vorig jaar een studie verschenen naar mensen die continue glucosemonitoring in de praktijk toepassen en daaruit bleek dat complicaties en ziekhuisopnames met wel tachtig procent waren afgenomen‘, vertelt Wilson.

Midden in de nacht

Het sensorconcept waar het jonge bedrijfje mee werkt, is gebaseerd op dezelfde technologie als de teststrips waarmee de glucose in een bloeddruppeltje wordt bepaald. Op de sensor is een enzym aangebracht dat glucose afbreekt. Daarbij ontstaat een waterstofperoxidemolecuul dat direct weer vervalt, waarbij een elektron vrijkomt. Een stroompje dus, dat elektrisch te meten is. Bij het traditionele prikken laat de patiënt het bloeddruppeltje op een eenmalig teststripje met het enzym vallen. Dat wordt in een apparaatje geschoven voor de elektrische meting.

Noviosense pakt dat iets anders aan. Het veertje bestaat uit een opgerolde draad van enkele centimeters lang. Wie de zachte hydrogelcoating hiervan weghaalt, ziet dat het draadje eigenlijk uit vier aders bestaat. Eentje is de antenne die nodig is voor de draadloze gegevensuitwisseling. De drie andere vormen de elektrodes voor een potentiostaat, een schakeling die vaak wordt gebruikt om elektrochemische reacties te meten. Op een van de elektrodes wordt het enzym aangebracht. De spanning die hier ontstaat, wordt met behulp van de twee andere elektrodes vergeleken met een referentiewaarde.

De elektrische schakeling moet in de holle kern van het veertje komen. Het Duitse Fraunhofer-instituut voor Micro-elektronische Circuits en Systemen (IMS) in Duisburg, dat partner is van Noviosense, heeft hiervoor een ’nanopotentiostaat‘ ontwikkeld. Behalve de metingen verzorgt dit chipje ook enkele andere basale functies zoals temperatuurcompensatie en digitalisering van de waarde. ’De sensor geeft simpelweg de waarde door; er zit verder geen intelligentie in om trends waar te nemen of iets dergelijke. Dat moet aan de kant van de ontvanger gebeuren‘, aldus Wilson. Dat is ook logisch; de elektronica wordt via een externe stroombron van voeding voorzien en werkt dus alleen wanneer die aanwezig is.

De draadloze uitwisseling van gegevens loopt via een tweede chipje, dat ook in het veertje wordt geplaatst. Ook deze ontwikkeling ligt in handen van de Duitse partner.

Voor de uitleeskant zijn er verschillende scenario‘s denkbaar, afhankelijk van gebruik en de benodigde meetfrequentie. Op dit moment werkt Noviosense aan een apart apparaatje. Maar een bril waarin stroombron, inductiespoel en ontvanger in het montuur zijn verwerkt, is ook een optie. ’Onze droom is om dat ook in een matje voor onder het kussen te verwerken. Het is namelijk bij kinderen erg ingrijpend om ze midden in de nacht wakker te maken om in hun vinger te prikken. In plaats daarvan kun je een alarm instellen als er ingegrepen moet worden‘, schetst Wilson. ’We denken verder aan een interface om het op je smartphone aan te sluiten. Dan moet je die af en toe bij je hoofd houden om de meting uit te voeren.‘

Het liefst ziet Wilson de sensor geïntegreerd met een insulinepomp, die via een semipermanent slangetje het hormoon in het lichaam injecteert. ’Je zou de oogvochtsensor dan voor het meten van de glucose kunnen gebruiken. Dan hoef je niet ook een sensor in het lichaam te prikken.‘

Significante stappen

Noviosense is voortgekomen uit het Nijmeegse Noviotech (geen relatie met de eveneens Nijmeegse Novio Tech Campus), een groep ondernemers die samen met de Radboud Universiteit toepassingen voor nieuwe technologie naar de markt brengt. De spin-off telt op dit moment twee fulltime werknemers. Het werkelijke ontwikkelteam is veel groter, legt Wilson uit: hij schat dat er bij Fraunhofer gemiddeld ongeveer tien man werken aan de IC‘s en de uitleesapparatuur. Daarnaast zijn er wetenschappers en clinici betrokken als adviseur en is er sinds kort bij de Radboud Universiteit een promovendus bezig om de sensor verder te ontwikkelen.

De sensor is grotendeels gestoeld op bestaande systemen, zoals glucosestrips en voerdraden voor hartkatheterisaties. Er zijn echter nog tal van engineeringvraagstukken op te lossen, zoals de lengte en diameter van het veertje voor een goede meting en de integratie van de IC‘s met de sensor. Ook moet de potentiostaat nog kleiner en gevoeliger en is er nog werk te verzetten rond uitwisseling van informatie en energie. ’Het zenden van energie is niet triviaal met zulke complexe biologische vloeistoffen. Fraunhofer heeft het begrip over efficiënte draadloze stroomoverdracht al flink uitgebreid‘, weet Wilson.

Verder zullen de enzymen nog wat langer op het draadje moeten blijven zitten. De coating speelt hierin een belangrijke rol. Die moet de enzymen beschermen en tegelijkertijd doorlaatbaar genoeg zijn voor glucose. ’We willen qua prijs niet concurreren met dure implanteerbare sensoren maar met wegwerpstrips‘, zegt Wilson. ’Daarvoor schatten we dat de sensor ongeveer vier dagen mee moet gaan. Daar zitten we nog niet op, maar ik kreeg net gisteravond – vrij laat trouwens – een sms‘je van onze promovendus. In de drie weken dat hij bezig is, is het gelukt om de levensduur op te rekken naar drie dagen. Dat zijn significante stappen.‘

Behalve voor glucose denkt Noviosense zijn sensor ook voor andere stoffen te kunnen inzetten. ’We zien het eigenlijk als platform om verschillende metingen te doen‘, stelt Wilson. ’Traanvocht blijkt bovendien een interessante bron van gegevens te zijn. Er zit maar een gedeelte in van de markers die je in het bloed vindt, dus je hebt minder last van interferentie of niet-specifieke binding.‘ Hij wil echter nog niet te veel kwijt over mogelijke toepassingen. Ook niet over hoe dit in de sensor verwerkt kan worden trouwens.

Eerst maar eens de glucosesensor op de rails krijgen. Daar is voldoende belangstelling voor. ’Na ons persbericht ben ik geloof ik al door zes bedrijven benaderd, grote spelers van over de hele wereld.‘

Boemannen

Noviosense werd eind september als aparte bv opgericht nadat moederbedrijf Noviotech 1,6 miljoen euro aan financiering had opgehaald bij het Interreg IV-programma, PPM Oost, het Fraunhofer-instituut en Health and Innovation Fund I, dat weer het investeringsfonds is van onder meer Achmea. Met dat geld moet het bedrijf het uitzingen tot en met de eerste trials in 2014. Daarna zal er nog een nieuwe financieringsronde nodig zijn, want het duurt zeker wel tot 2017 voordat er een product op de markt is, schat Wilson. ’Maar ik vind eigenlijk dat het ontzettend snel gaat. Met de ontwikkeling van een nieuw medicijn zijn ze veel langer bezig. Dat is het mooie aan dit soort technologische ontwikkeling.‘

Een en ander zal ook afhangen van de regelgeving. Een sensor onder een ooglid is voor de wetgever nieuw terrein. ’Wat ons betreft, is het een uitwendig device, maar de wetgever zou het wel eens als inwendig device kunnen beschouwen met strengere regelgeving. Dat wordt nog een interessante discussie‘, blikt Wilson vooruit. Bang is hij er niet voor: ’In mijn vorige baan heb ik altijd prettig samengewerkt met regelgevers. Het zijn echt niet de boemannen die mensen wel eens van hen maken. Als je ze de informatie geeft die ze nodig hebben om hun werk te doen, zijn ze meestal erg behulpzaam.‘

Wel is het belangrijk om die eisen al vroeg in de ontwikkeling mee te nemen. Dat maakt het gelijk ook een stuk makkelijker om met de verschillende instanties om te gaan. ’De informatie die nodig is voor de Amerikaanse FDA is grotendeels hetzelfde als voor de Europese regelgevers. We mikken dan ook op een wereldwijde markt.‘