Ths. Ds. Phan Minh Hải
1. Quá trình phát triển và cải tiến của hệ thống theo dõi đường huyết cá nhân
Phát triển của hệ thống tự theo dõi đường huyết (SBGM) có lẽ là bước tiến quan trọng nhất trong việc kiểm soát tiểu đường kể từ khi insulin được phát hiện vào những năm 1920 và mang lại khả năng cho bệnh nhân tiểu đường tự kiểm tra đường huyết và điều chỉnh liều insulin để kiểm soát nhu cầu đường huyết của mình.
Que thử đường huyết bằng màu sắc đầu tiên
Với sự phổ biến của các máy đo đường huyết ngày nay, khó có thể tưởng tượng được việc quản lý đường huyết một thời được xem là điều không thể. Lịch sử của các máy đo đường huyết bắt đầu từ năm 1963 khi Ernie Adams phát minh ra Dextrostix®, một dải giấy thử màu xanh lam, mà độ đậm của màu tương ứng với nồng độ glucose và có thể đọc bằng cách so sánh màu với bảng màu chuẩn. Phương pháp này giúp người bệnh đường có thể ước chừng mức độ đường huyết của họ.
Máy đo đường huyết đầu tiên
Vào năm 1970, Anton H. Clemens phát triển máy đo đường huyết đầu tiên và hệ thống tự theo dõi đường huyết, có tên là Ames Reflectance Meter (ARM), để phát hiện ánh sáng phản xạ từ Dextrostix. ARM này nặng 3 pound (gần 1,4kg), giá 650 đô la và được thiết kế cho việc sử dụng tại phòng khám bác sĩ. Richard K. Bernstein là bệnh nhân đầu tiên thử nghiệm đường huyết của mình bằng ARM. Các tạp chí y khoa thời điểm đó từ chối công bố phương pháp này, nên Bernstein phải hoàn thành trường y ở độ tuổi 45 để thu hút sự chú ý từ thế giới y học. Ý tưởng về SBGM của Bernstein đã được biết đến ở châu Âu và châu Á Đông trước khi được chấp nhận tại Hoa Kỳ.
Sự phổ biến và cải tiến nâng cao chất lượng thiết bị theo dõi đường huyết cá nhân
Mãi đến những năm 1980, việc tự theo dõi lượng glucose mới thực sự phát huy tác dụng. Với sự cải tiến về mức độ sử dụng để thuận tiện hơn cho người dùng, Các công nghệ tiên tiến cho phép phát triển các phép đo trắc quang và gần đây là phép đo điện hóa.
Vào những năm 1980-2000, những cải tiến chủ yếu được thực hiện ở việc thu nhỏ máy đo, giảm thời gian phản ứng và kết quả đo thể hiện bằng màn hình số dễ đọc hiểu. Ngoài ra, cố gắng đơn giản hóa và gỉam kích cỡ các đầu kim chích, giúp giảm đau trong việc lấy máu mao mạch (mép đầu ngón tay) thường xuyên của người bệnh.
Nghiên Cứu Liên Tục và Phát Triển Tương Lai
Những năm 2010, các vật liệu nano đóng góp vào việc phát triển các điện cực enzyme, cải thiện độ nhạy và đặc hiệu của cảm biến. Và nghiên cứu liên tục tập trung vào việc thu nhỏ kích thước máy đo đường huyết, làm cho chúng trở nên thuận tiện và dễ tiếp cận hơn.
Đến ngày nay, những thế hệ máy đo đường huyết liên tục (CGM), hệ thống bơm insullin tự động và hệ thống xử lý dữ liệu từ người bệnh đang được chú trọng phát triển, cải thiện đời sống của người bệnh lên mức tối ưu nhất.
2. Công nghệ đằng sau – cảm biến sinh học điện hóa
Đứng đằng sau những thành công của các loại máy đo đường huyết đạt chính xác ngày càng cao là nhờ vào những chất cảm biến sinh học, giúp phản ứng với đường trong máu, chuyển dạng thành tín hiệu điện sau đó thể hiện bằng các chỉ số mà người bệnh có thể dễ dàng tiếp cận. Dòng Thời Gian của Enzyme trong Công Nghệ Máy Đo Đường Huyết cũng tương ứng với sự phát triển của máy đo đường huyết
Những năm 1960-1970: Enzyme GOD là chìa khoá
- Nhà nghiên cứu bắt đầu khám phá tiềm năng của glucose oxidase trong các ứng dụng cảm biến sinh học.
- Những phát triển ban đầu đặt nền tảng cho các cảm biến glucose thế hệ đầu tiên.
Những năm 1980: Sự Thống Trị Của Glucose Oxidase
- Glucose oxidase trở thành enzyme chính được sử dụng trong máy đo đường huyết.
- Các máy đo đường huyết thương mại đầu tiên sử dụng glucose oxidase được giới thiệu, đánh dấu một bước quan trọng trong quản lý tiểu đường.
- Enzyme này đã chính là chìa khóa mở cánh cửa cho việc chuyển đổi glucose thành dạng điện, đặt nền tảng cho sự phát triển của cảm biến. Kết quả này không chỉ là bước đột phá về chính xác đo lường mà còn đặt ra nhiều câu hỏi hứa hẹn về tiềm năng của enzyme trong lĩnh vực y học.
Những năm 1990: Coenzyme NAD và FAD Nâng Cao Hiệu Suất
- Với sự xuất hiện của coenzyme như NAD (Nicotinamide Adenine Dinucleotide) và FAD (Flavin Adenine Dinucleotide), thế hệ tiếp theo của cảm biến glucose đã trở nên mạnh mẽ hơn về độ nhạy và chính xác.
- Sự kết hợp giữa enzyme và coenzyme không chỉ mở ra khả năng đo lường mức đường trong máu một cách chính xác mà còn tăng độ ổn định với môi trường xung quanh.
- Các biến thể của glucose dehydrogenase, như GDH-PQQ, GDH-NAD, GDH-FAD xuất hiện như là những lựa chọn, mang lại một số ưu điểm so với glucose oxidase.
Những năm 2000: Enzyme thế hệ mới GDH- FAD đạt độ chính xác và ổn định tuyệt vời
- Những nghiên cứu liên tục nhằm nâng cao độ chính xác, độ đặc hiệu và ổn định của kết quả đo nhờ vào cải tiến chất lượng và kết hợp của enzyme-coenzyme
- Một loại glucose dehydrogenase phụ thuộc FAD mới (FAD-GDH) đã được tìm thấy. Loại enzyme này thể hiện khả năng ổn định nhiệt, độ đặc hiệu cao. So với nồng độ glucose, sự phản ứng với các loại đường khác là không đáng kể. Cảm biến glucose này hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi Oxy như enzyme GOD. Cảm biến có thể được bảo quản ở nhiệt độ phòng trong bình hút ẩm ít nhất một tháng mà không có bất kỳ thay đổi nào về phản ứng hoặc hoạt động.
- GDH-FAD “soán ngôi” enzyme GOD và trở thành phức hợp enzyme được tin tưởng và sử dụng phổ biến nhờ những điểm mạnh vượt trội về độ chính xác, độ đặc hiệu và độ ổn định của nó
Kết Luận
Tương lai của cảm biến sinh học glucose hứa hẹn sẽ tiếp tục đem lại những đổi mới đột phá. Các nghiên cứu về việc tích hợp cảm biến vào các thiết bị y tế thông minh, sự áp dụng của trí tuệ nhân tạo và các phương pháp đo lường không xâm lấn đang là những hướng phát triển chủ chốt.
Nguồn tham khảo:
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3292132/
- https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/193229681100500507
- Historical Achievements of Self-Monitoring of Blood Glucose Technology Development in Japan. https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/193229681100500541
- FAD dependent glucose dehydrogenases – Discovery and engineering of representative glucose sensing enzymes –
- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S1572665723003053
- https://encyclopedia.pub/entry/38722#:~:text=2.-,Generations%20of%20Glucose%20Biosensor,glucose%20biosensor%20(Figure%202).
- https://knowledge.electrochem.org/encycl/art-g01-glucose.htm
- A history of blood glucose meters and their role in self-monitoring of diabetes mellitus. https://sci-hub.se/https://doi.org/10.1080/09674845.2012.12002443
- https://diabetesjournals.org/compendia/article/2018/1/1/144616/Introduction-History-of-Glucose-Monitoring
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK538968/
- https://www.mdpi.com/1424-8220/22/2/638
- https://sci-hub.se/https://doi.org/10.1007/s00216-018-1361-7
- file:///C:/Users/admin/Downloads/generations-of-glucose-biosensors-2.pdf
- https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.analchem.6b03151
- http://www.diabetes-book.com/meters-v/
- https://www.roche.com/stories/diabetes-history
- https://journals.sagepub.com/doi/pdf/10.1177/193229681100500541
- https://www.mdpi.com/2079-6374/12/12/1136
- https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3876385/#
- https://www.researchgate.net/figure/Enzymes-and-Coenzymes-in-Test-Strips-of-Different-Blood-Glucose-Meters_tbl1_46819286
duongph