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De acordo com os Centros de Controle de Doenças dos EUA, um em cada três adultos nos Estados Unidos tem pré-diabetes, uma condição caracterizada por níveis elevados de açúcar no sangue que podem levar ao desenvolvimento de diabetes tipo 2. A boa notícia é que, se detectado precocemente, o pré-diabetes pode ser revertido por meio de mudanças no estilo de vida, como dieta e exercícios. As más notícias? Oito em cada 10 americanos com pré-diabetes não sabem que têm, colocando-os em maior risco de desenvolver diabetes, bem como complicações de doenças que incluem doenças cardíacas, insuficiência renal e perda de visão.
Os métodos de triagem atuais geralmente envolvem uma visita a uma unidade de saúde para testes laboratoriais e/ou o uso de um glicosímetro portátil para testes em casa, o que significa que o acesso e o custo podem ser barreiras para uma triagem mais ampla. Mas pesquisadores da Universidade de Washington podem ter encontrado o ponto ideal quando se trata de aumentar a detecção precoce de pré-diabetes. A equipe desenvolveu o GlucoScreen, um novo sistema que aproveita os recursos de detecção de toque capacitivo de qualquer smartphone para medir os níveis de glicose no sangue sem a necessidade de um leitor separado.
Os pesquisadores descrevem o GlucoScreen em um novo artigo publicado em 28 de março no Procedimentos da Association for Computing Machinery on Interactive, Mobile, Wearable and Ubiquitous Technologies.
Os resultados dos pesquisadores sugerem que a precisão do GlucoScreen é comparável à dos testes de glicosímetro padrão. A equipe descobriu que o sistema é preciso no limite crucial entre um nível normal de glicose no sangue, igual ou inferior a 99 mg/dL, e pré-diabetes, definido como um nível de glicose no sangue entre 100 e 125 mg/dL. Essa abordagem pode tornar o teste de glicose menos dispendioso e mais acessível – especialmente para triagem única de uma grande população.
“Na triagem convencional, uma pessoa aplica uma gota de sangue em uma tira de teste, onde o sangue reage quimicamente com as enzimas da tira. Um glicosímetro é usado para analisar essa reação e fornecer uma leitura de glicose no sangue”, disse o principal autor Anandghan Waghmare, um estudante de doutorado da UW na Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering. “Pegamos a mesma tira de teste e adicionamos circuitos baratos que comunicam os dados gerados por essa reação a qualquer smartphone por meio de um toque simulado na tela. O GlucoScreen processa os dados e exibe o resultado diretamente no telefone, alertando a pessoa se ela estiver em risco para que saibam fazer o acompanhamento com seu médico.”
Especificamente, a tira de teste GlucoScreen mostra a amplitude da reação eletroquímica que ocorre quando uma amostra de sangue se mistura com enzimas cinco vezes por segundo.
A faixa então transmite os dados de amplitude para o telefone por meio de uma série de toques em velocidades variáveis usando uma técnica chamada “modulação por largura de pulso”. O termo “largura de pulso” refere-se à distância entre os picos do sinal – neste caso, o comprimento entre os toques. Cada largura de pulso representa um valor ao longo da curva. Quanto maior a distância entre os taps para um determinado valor, maior a amplitude associada à reação eletroquímica na tira.
“Você se comunica com seu telefone tocando na tela com o dedo”, disse Waghmare. “Isso é basicamente o que a tira está fazendo, só que em vez de um único toque para produzir uma única ação, está fazendo vários toques em velocidades variadas. É comparável a como o código Morse transmite informações por meio de padrões de toque.”
A vantagem desta técnica é que ela não requer componentes eletrônicos complicados. Isso minimiza o custo de fabricação da tira e a energia necessária para que ela funcione em comparação com métodos de comunicação mais convencionais, como Bluetooth e WiFi. Todo o processamento e computação de dados ocorre no telefone, o que simplifica a tiragem e reduz ainda mais o custo.
A tira de teste também não precisa de baterias. Em vez disso, ele usa fotodiodos para extrair a pouca energia necessária do flash do telefone.
O flash é ativado automaticamente pelo aplicativo GlucoScreen, que orienta o usuário em cada etapa do processo de teste. Primeiro, um usuário afixa cada extremidade da tira de teste na frente e atrás do telefone conforme as instruções. Em seguida, eles picam o dedo com uma lanceta, como fariam em um teste convencional, e aplicam uma gota de sangue no biossensor preso à tira de teste. Depois que os dados são transmitidos da tira para o telefone, o aplicativo aplica aprendizado de máquina para analisar os dados e calcular uma leitura de glicose no sangue.
Essa etapa do processo é semelhante à realizada em um glicosímetro comercial. O que diferencia o GlucoScreen, além de sua nova técnica de toque, é sua universalidade.
“Como usamos a tela de toque capacitiva integrada que está presente em todos os smartphones, nossa solução pode ser facilmente adaptada para uso generalizado. Além disso, nossa abordagem não requer acesso de baixo nível aos dados de toque capacitivo, portanto você não precisa para acessar o sistema operacional para fazer o GlucoScreen funcionar”, disse o co-autor Jason Hoffman, aluno de doutorado da UW na Allen School. “Nós o projetamos para ser ‘plug and play’. Você não precisa fazer root no telefone – na verdade, você não precisa fazer nada com o telefone, além de instalar o aplicativo. Seja qual for o modelo que você tiver, ele funcionará imediatamente.”
Os pesquisadores avaliaram sua abordagem usando uma combinação de testes in vitro e clínicos. Devido à pandemia de COVID-19, eles tiveram que adiar o último até 2021, quando, em uma viagem para casa na Índia, Waghmare se conectou com o Dr. Shailesh Pitale no Dew Medicare e no Trinity Hospital. Ao saber do projeto UW, o Dr. Pitale concordou em facilitar um estudo clínico envolvendo 75 pacientes consentidos que já estavam agendados para coleta de sangue para um teste laboratorial de glicose no sangue. Usando esse teste de laboratório como base, Waghmare e a equipe avaliaram o desempenho do GlucoScreen em comparação com uma tira convencional e glicosímetro.
Dado o quão comum o pré-diabetes e o diabetes são globalmente, esse tipo de tecnologia tem o potencial de mudar o atendimento clínico, disseram os pesquisadores.
“Uma das barreiras que vejo em minha prática clínica é que muitos pacientes não podem fazer o teste sozinhos, pois os glicosímetros e suas tiras de teste são muito caros. E, geralmente, são as pessoas que mais precisam do teste de glicose que enfrentam as maiores barreiras “, disse o co-autor Dr. Matthew Thompson, professor de medicina familiar na UW School of Medicine e saúde global. “Dado quantos de meus pacientes usam smartphones agora, um sistema como o GlucoScreen pode realmente transformar nossa capacidade de rastrear e monitorar pessoas com pré-diabetes e até diabetes”.
GlucoScreen é atualmente um protótipo de pesquisa. Estudos adicionais focados no usuário e clínicos, juntamente com alterações na forma como as tiras de teste são fabricadas e embaladas, seriam necessários antes que o sistema pudesse ser amplamente disponibilizado, disse a equipe.
Mas, acrescentaram os pesquisadores, o projeto demonstra como apenas começamos a explorar o potencial dos smartphones como uma ferramenta de triagem de saúde.
“Agora que mostramos que podemos construir ensaios eletroquímicos que podem funcionar com um smartphone em vez de um leitor dedicado, você pode imaginar estender essa abordagem para expandir a triagem para outras condições”, disse o autor sênior Shwetak Patel, da Washington Research Foundation Entrepreneurship Endowed Professor em Ciência da Computação e Engenharia e Engenharia Elétrica e de Computação na UW.
Os coautores adicionais são Farshid Salemi Parizi, um ex-aluno de doutorado da UW em engenharia elétrica e de computação que agora é engenheiro sênior de aprendizado de máquina na OctoML, e Yuntao Wang, professor de pesquisa na Universidade de Tsinghua e ex-professor visitante na Allen School. Esta pesquisa foi financiada em parte pela Fundação Bill & Melinda Gates.
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