バイオテクノロジー
血糖測定器が必要ですか？スマートフォンがすぐに解決策になるかもしれません
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スマートフォンのコンパスから血糖測定器へ
血糖値などの健康指標のモニタリングは、多くの健康状態で必要とされます。通常、これにはラボ検査または高価な専用医療機器が必要です。
現在ほぼすべてのスマートフォンに搭載されている部品を再利用することで、これが変わる可能性があります。米国ボルダーの国立標準技術研究所（NIST）の研究者らが発表した論文スマートフォンコンパスを用いた液体分析物の定量的・高感度測定によります。
彼らは、スマートフォンに内蔵された磁気コンパスを、血糖やpHを測定できる医療機器として再利用する方法を発見しました。
この革新的なスマートフォンの適応は、ハイドロゲルという多孔質の材料に依存しています。ハイドロゲルは水に浸すと膨張します。研究者のマーク・フェリスとゲイリー・ザボウは、微小な磁性粒子を埋め込んだカスタム設計のハイドロゲルを作成しました。
このハイドロゲルは、血糖濃度やpH（酸性度）の変化に応じて収縮または膨張するように設計されました。pHまたは血糖に対して異なる速度でサイズが変化する2層のハイドロゲルを作ることで実現しました。
サイズの変化により磁性粒子がコンパスに近づいたり遠ざかったりし、スマートフォンで簡単に測定できます。
出典： NIST
血糖とpHは、糖尿病を含むさまざまな疾患において重要な指標です。この手法は、数マイクロモル程度（物質中の原子や分子の一定数を表す科学単位）の変化を検出できるという、非常に高い感度を実現しました。これは、適切な診断に必要とされる精度よりはるかに低いレベルです。
ハイドロゲルはシンプルなプラスチッククリップでスマートフォンに接触させることができ、磁場の変化は簡単なアプリで測定できます。また、プラスチッククリップは3Dプリントすることも可能です。
出典： Nature
スマートフォン血糖測定器の主な利点
この測定方法自体は、血糖やpHの技術的により正確な測定を提供するわけではありません。しかし、いくつかの重要な利点があります。
- コスト：スマートフォンはすでに普及しているため、専用の医療機器をカスタムで用意する必要がなくなります。
- さらに、今回使用されたようなハイドロゲルは安価で大量生産が容易です。これにより血糖測定用「カートリッジ」のコストを低く抑えられます。研究者は、血糖測定用ハイドロゲルアクチュエータのコストを0.16ドル、pH測定用を0.03ドルと見積もっています。
- また、別途電源を必要としないため、家庭やオフィスなどあらゆる状況で理想的な測定ツールとなります。
- スマートフォンはすでに通信機能を備えているため、医療データを直接医師やヘルスアプリに送信でき、追加コストなしでデジタルヘルスシステムにデータを提供できます。
- この手法の極めて高い感度により、非常に少量のサンプルで測定でき、侵襲性が低減します。
総合的に見て、これにより何百万もの患者の日常が根本的に変わり、主要な健康指標のモニタリングとデジタルデータの品質が向上するでしょう。
出典： Unsplash
次は？
規制
このイノベーションは、医療専門家によるテストとFDAなどの保健安全機関による検証が必要な、使いやすい血糖測定法に転換されなければなりません。
これは技術的な問題というより規制上の問題である可能性がありますが、時間と費用がかかるでしょう。
磁場測定を血糖測定に変換できる専用ソフトウェアとそれに対応する使いやすいアプリも開発が必要で、医師や規制機関による同様の検証が求められます。
出典： Unsplash
最後に、医療データの共有は安全かつ機密性の確保された方法で行う必要があります。他の健康モニタリングアプリとの統合や医療専門家との通信も同様の要件を満たさなければなりません。
その他の健康測定
本研究では概念実証として血糖とpHが使用されましたが、同様の方法で他の多くの生体指標も測定可能です。
例えば、極めて高い感度により、血液よりも濃度がはるかに低い唾液中の血糖も測定できる可能性があります。スマートフォンの使いやすさと組み合わせれば、現在の血糖測定器よりもはるかに侵襲性が低くなります。
この手法は他の分子にも応用可能です。
例えば、ヒスタミンは通常高度な実験室分析と24時間の尿採取が必要ですが、この新しい手法で自宅で測定できる可能性があります。
分析対象結合基を組み込んだ専用ハイドロゲル配合でも利用でき、ナトリウム、カリウム、乳酸、酵素などの関連ターゲットに反応させることが可能です。
出典： Unsplash
改良されたハイドロゲル検出器設計
本研究で提案された二層均一ハイドロゲルスラブは、ハイドロゲル測定ツールを設計するオプションの一つに過ぎません。
研究者は、例えば「ハイドロゲルを片側だけでなく両端に固定した座屈運動は安定性を向上させる可能性がある」といった代替案を提案しています。
ハイドロゲルのねじれ運動により、磁場方向が負から正に切り替わり、可能な信号変化が倍増し、ハイドロゲルアクチュエータの180°ねじれごとに磁場方向が切り替わる回数を追跡すれば、ダイナミックレンジが拡大します。
測定を乱す可能性のある干渉や汚染物質をシステムが検出できるようにすることも重要です。
ハイドロゲルの長期保存性を確保することも、商業的成功のために必須となります。
スマートフォンを化学分析ツールに変える
この発見の別の応用は、生物学的パラメータの測定を超えることです。例えばpH測定は血液サンプルで有用ですが、水や土壌のpH測定にも同様に有用です。
これにより、現場で使用されるpH試験紙の強力な代替手段となり、数千ドルのベンチトップメータと同等の測定精度をはるかに低コストで提供できます。
ハイドロゲルは光、イオン強度、温度など他の化学的・物理的刺激にも応答するよう設計可能です。
潜在的な応用例として、家庭での水道水中の化学汚染物質濃度の定量、オレンジジュース、牛乳、コーヒー、ワイン、スープなどの不透明な液体の食品検査、そして遠隔地の濁った湖や川の水の環境分析が想定されています。
スマートフォンベースのDNAリーディング？
将来的には、ハイドロゲルが分子印象ポリマーや相補的核酸配列といった高度なターゲティング技術を利用することも想像できます。これにより、ハイドロゲルは特定のタンパク質やDNA配列に反応できるようになります。
したがって、スマートフォンは空気や水中の病原体を検出できるようになり、パンデミック時に使用された高価で廃棄物を生むCOVID検査のようなテストに代わることができます。
継続的モニタリング
本研究は、スマートフォンとIoT（モノのインターネット）が将来的に医療・化学測定の取り扱いを革命的に変える可能性を示しています。
私たちは常にポケットに、すでに極めて高感度な分析ツールを備えた複雑な電子機器を携えており、これを新たな用途に再利用できます。
血糖測定は最初の例となる可能性が高いですが、将来的には唾液を一滴落とすだけ、あるいはスマートフォンに息を吹きかけるだけで、生体化学データや病原体検出、汚染警告などを取得できる未来を容易に想像できます。
IoT とヘルスセンサー企業
1. Koninklijke Philips N.V.
PHG 価格チャート
Philipsは、シェーバーや電動歯ブラシなどの小型電子消費者ブランドとしてよく知られており、ヘルスケア分野でも同様に活躍しています。2022年のヨーロッパにおけるMedTech特許出願数で第1位でした。
同社はウェアラブルから画像診断、呼吸器、医療ロボットに至るまで、コネクテッド医療製品に携わっています。また、半導体（磁気浮上技術を含む）やハイテク・ロボティクス・オートメーション分野でも活動しています。
Philipsのウェアラブルは心拍、呼吸、活動指標をカバーします。そのセンサーはスマートウォッチ、ヘルスモニター、医療パッチ、アクティビティトラッカーに統合可能です。
ウェアラブルに関して、Philipsはパートナーシップ型のソリューションを好み、サードパーティ向けに「自社」のIoT医療デバイスを開発し、Philipsの他のソリューションと完全に互換性を持たせます。この文脈で、プロトタイピング、規制アドバイス、エンドツーエンドの製品開発、産業規模の生産を顧客に提供しています。
同社は、センサーとデバイスが一致する完全に統合されたデジタルヘルスケア環境を構築し、複数の接続ソリューションを用いてPhilips HealthSuite Cloudに統合し、詳細なデータ分析を可能にしたいと考えています。
出典： Philips
Philipsは健康測定において幅広いパートナーシップを築き、データをヘルスケアSaaSに統合してきた実績があるため、スマートフォンベースの血糖およびpHデータの統合においても有力な立場にあると考えられます。
2. Garmin Ltd.
GRMN 価格チャート
Garminはアウトドア向け電子機器のリーダーで、当初は自動車、船舶、航空機向けのGPS・ナビゲーションツールを提供していましたが、現在はフィットネスや健康モニタリングへと拡大しています。
フィットネス部門は同社収益の23％、営業利益の10％を占めており、主にスマートウォッチが牽引しています。2022年には1500万台のデバイスを出荷しました。
出典： Garmin
Garminは研究者向けに包括的な健康データエコシステムを提供し、睡眠、うつ病、がん治療、女性の健康、さらには眠気運転などの分野の研究を支援しています。
Garminはテック大手ではありませんが、アウトドアとフィットネスに特化しており、ナビゲーション以外で収益の半分を占めています。このセクターは同社の主要な成長領域であり、将来的に主要な収益源になる可能性が高いです。
健康志向のGarminユーザーは、ハイドロゲルベースの測定により、より多くの健康パラメータのモニタリングに関心を持つ可能性があります。
Garminのような企業は、これを2つの方法で機会に変えることができます。
- 既存のコンパスを使用するか、磁力計をデバイスに統合して、ハイドロゲルベースの測定を自社デバイスに組み込む。
- デバイスをスマートフォンに接続し、スマートフォンとGarminデバイスの両方の健康データを統合的に可視化できるようにする。
頑丈で高品質、実用的なアウトドア製品でのGarminの評判は、フィットネス・ヘルス部門でも高く評価されています。興味深いことに、プレミアムセグメントでリーダーシップを握っており、$500以上の価格帯で最大の市場シェアを持ち、Apple (AAPL ) を上回っています。Appleは通常、スマートフォン、コンピュータ、タブレットの高価格帯を支配していますが、ここではGarminが優位です。
