Каждый человек начинает день с рутины, и как большинство современных людей, я начинаю с проверки своего телефона. Но если большинство людей проверяет погоду, пробки или Twitter и Facebook, я при помощи телефона заглядываю на пару сантиметров внутрь брюшной полости моей дочки. Там находится крохотный электрохимический датчик, который постоянно отслеживает межклеточную жидкость, измеряя концентрацию глюкозы, чтобы мы могли контролировать количество инсулина, получаемого ею через инсулиновую помпу.
Диабет 1 типа – заболевание неприятное, обычно атакующее жертву в раннем возрасте, и превращающее каждый день в последовательность медицинских процедур – подсчёт правильного количества инсулина для использования с каждым кусочком еды, работа с неизбежными высокими и низкими уровнями глюкозы, и постоянные уколы для проверки крови. Непрерывный мониторинг глюкозы (НМГ) стал манной небесной для миллионов семей диабетиков, поскольку он даёт нам возможность разрешать нашим детям быть детьми, отпускать их с ночёвкой и разрешать съесть ещё один кусочек пиццы, не превращая это в научный проект. Кроме того, хороший контроль глюкозы означает уменьшение вероятности наступления опасных последствий диабета в зрелом возрасте – слепота, болезни сердца, ампутации. Кроме того, довольно круто, что у меня есть телеметрия для моего ребёнка – мы зовём её «наш киберребёнок».
Но при всех преимуществах НМГ у него есть и недостатки. Он чрезвычайно дорог с точки зрения расходников и электроники, он требует проведения инвазивной процедуры для установки датчиков, и даже в эпоху крохотной электроники оказывается относительно габаритным. Казалось бы, мы должны были продвинуться гораздо дальше со всеми нашими технологиями – но, оказывается, НМГ довольно сложно осуществлять, и тому есть убедительные причины, заставившие развитие технологии застрять на месте.
Датчик
НМГ состоит из трёх основных компонентов: сам датчик, превращающий концентрацию глюкозы в теле в электрический сигнал; передатчик, обрабатывающий сигнал и кодирующий его для беспроводной передачи; и приёмник, который может быть отдельным устройством, или встраиваться прямо в инсулиновую помпу, и демонстрировать показания и график изменения глюкозы за последние 24 часа.
Ключом ко всему является датчик. Его химия проста: сверхчистый золотой провод покрывается глюкозооксидазой, ферментом, получаемым из бактерии Penicillium notatum. Этот фермент окисляет β-D-глюкозу до глюконо-1,5-лактона, который спонтанно гидролизуется до глюконовой кислоты. При этом образуется пероксид водорода. Пероксид окисляется на золотом проводе, и возникающий ток пропорционален концентрации глюкозы во внутритканевой жидкости. Ток считывается системой и используется для подсчёта оценки концентрации глюкозы в крови на основе калибровочной кривой.
Но, хотя химия проста, трудности человеческой биологии и производства усложняют задачу практического использования датчика НМГ. Во-первых, датчики нужно вставлять во внутритканевую жидкость, и оставлять там на несколько дней (хотя многие растягивают этот срок, чтобы экономить на датчиках). Посторонний объект в теле, провод, покрытый белками, полученными от бактерии, провоцирует иммунную систему, которая заточена на борьбу с подобными вторжениями. Без защиты глюкозооксидаза, благодаря которой работает датчик, будет уничтожена иммунной системой за несколько часов. Поэтому датчику требуются особые проприетарные покрытия, пропускающие глюкозу, но некоторое время не дающие иммунной системе атаковать фермент.
Вторая сложность состоит в обработке крохотных компонентов и сборке из них интерфейса для передатчика, оцифровывающего сигналы с датчика и передающего их по беспроводной связи на приёмник. Интерфейс должен обеспечивать как место для подключения передатчика, так и надёжное сцепление с кожей, позволяющее удерживаться там неделями, не провоцируя контактный дерматит или другие побочные эффекты. Также датчик надо как-то совместить с устройством его ввода, с толстой подкожной иглой, через которую может пройти тонкий провод датчика без сгибов. Итоговую сборку, естественно, необходимо стерилизовать, поэтому она должна выдерживать облучение – самый распространённый метод стерилизации медицинских устройств.
Передатчик
Моя коллекция дохлых передатчиков, включая тот, что я вскрыл. Вместе с тем передатчиком, что сейчас использует моя дочь, они тянут на $5000, которые не платит страховая.
Учитывая всё это, платить $75 за каждый НМГ-передатчик не кажется неразумным. Вопросы по стоимости у меня возникают в связи с передатчиками. Разные производители делают разные схемы, и даже у одного производителя новые технологии заменяют старые. Конечно, схемы достать трудно, но в базе FCC ID, а также в статьях раздосадованных пользователей видно, что основные кишочки передатчиков примерно такие, какие можно было ожидать от любой беспроводной технологии – обработка сигнала датчика, микроконтроллер, управление питанием и беспроводная подсистема. Сейчас мы используем передатчики на 2,4 ГГц ISM; когда-то мы использовали передатчики стандарта Bluetooth, однако они работают в четыре раза меньше по времени.
$600 за это? Серьёзно?
Изучая обзоры с разборкой оборудования, трудно назвать справедливой сумму в $600, которую я плачу за каждый передатчик. Мы все знаем, насколько мало стоит изготовить подобное устройство – вероятно, не более $5 за штуку, и то это будет щедро. И, да, я знаю, что плачу не за компоненты и труд рабочих, а за миллиарды, потраченные на исследования, разработки и клинические испытания, которые потребовались для вывода устройств на рынок. Но я не могу отделаться от мысли, что должен существовать способ лучше.
Основная проблема в том, что передатчики запечатаны. Притом весьма герметично, из-за чего её нельзя вскрыть, не сломав. А раз её нельзя открыть, когда батарейки разрядятся, приходится её менять полностью. Это, конечно, не остановило бесстрашных хакеров от попыток заменить батарейки. Я пока не пробовал, но в список дел на будущее занёс. После вскрытия датчика батарейки заменить довольно легко, однако закрыть его снова, восстановив водонепроницаемость, довольно сложно.
В мгновение ока
Прототип контактной линзы для НМГ от Verily
Должно ли так продолжаться и дальше? Неужели необходимо возиться с относительно крупным, габаритным передатчиком? Мне кажется, что он мог бы быть более мелким и дешёвым, если бы использовал технологию RFID. Внешний передатчик мог бы опрашивать датчик и получать кусочек данных, необходимых для кодирования напряжения на датчике. Судя по всему, таким образом собирались поступить в компании Verily, производителе медицинских устройств, принадлежащей Google, разрабатывавшей контактные линзы для НГМ. Идея казалось здравой, поскольку глюкоза попадает в слёзы, и приводит к одному из ранних симптомов диабета 1 типа – размытию зрения из-за кристаллов сахара, попадающих на роговицу. У контактных линз однозначно не было бы источника питания, так что питание должно было подаваться извне.
К сожалению, Verily только что объявила, что завершает проект по контактным линзам для НМГ, поскольку биологические препятствия на пути сбора диагностически полезных и стабильных показаний оказались слишком большими. Как мы видели, НМГ – штука непростая, но мне что-то не верится, что Verily отказалась от проекта только по техническим причинам. Мой внутренний циник говорит, что перспектива пройти все бесконечные круги согласований оказалась слишком невыносимой – и это до слёз (извините за каламбур) обидно, учитывая прорывной характер технологии. Однако очень тяжело сражаться с уже существующими игроками, уже получившими все разрешения, да ещё и обладающими глубокими карманами.
И всё же я надеюсь, что кто-нибудь другой примет вызов разработки улучшенной версии НМГ. И сейчас она уже неплоха, и я, конечно, сделаю всё возможное, чтобы моё чадо и дальше оставалось киборгом. Очень жаль, что компании, связанные с НМГ, знают это, и не чувствуют необходимости немного расщедриться, устанавливая цены на принадлежащем им рынке.
Автор: SLY_G
