Technologie der kontinuierlichen Glukosemessung (rtCGM)

Technologie der CGM-Systeme

Der überwiegende Teil der CGM-Systeme ist als elektrochemischer Nadelsensor aufgebaut. Im Prinzip besteht er aus einer dünnen Enzymelektrode, größtenteils beschichtet mit dem Enzym Glukoseoxidase (GOD). Diese ist aufgebracht auf einen dünnen Kunststoffträger. Die Größe der flexiblen Elektrode beträgt im Querschnitt ca. 0,3 x 0,5 mm und ist zwischen 5-10 mm lang. Diese kleinen Sensoren kann sich der Anwender selbständig mit Hilfe eines Serters in das Unterhautfettgewebe einführen.

Die Sensorelektrode wird bei diesem Vorgang von einer Führungskanüle umhüllt. Die geringen Abmessungen von Elektrode und Führungskanüle sowie deren schnelle Einführung sorgen dafür, dass die Prozedur für den Anwender nur sehr wenig bis gar nicht schmerzhaft ist. Der Glukosesensor ist praktisch minimal-invasiv und misst im interstitiellen Fluss. Er ist vorstellbar als ein miniaturisierter Teststreifen, der im Unterhautfettgewebe liegt.

Üblicherweise übermitteln die Sensoren alle 1 bis 5 Minuten einen über diesen Zeitraum gemittelten Durchschnittswert an das jeweilige Empfangsgerät, häufig eine App auf einem Smartphone. Die Nutzungsdauer der transkutanen CGM-Sensoren liegt zwischen 7 bis 15 Tagen. Danach sind diese zu erneuern.

Messung mittels des Enzyms Glukoseoxidase

Bei den aktuell (2025) auf dem Markt befindlichen elektrochemischen CGM-Systemen wird das Enzyms Glukoseoxidase (GOD) verwendet. Dieses sorgt in einer ersten Reaktion für die Umwandlung von Glukose in Glukonolacton und Wasserstoffperoxid H2O:


Bei der nachfolgenden zweiten Reaktion wird das Wasserstoffperoxids an einer Elektrode zersetzt, an welche eine elektrische Spannung im Millivoltbereich angelegt ist. Infolgedessen entsteht über die freigesetzten Elektronen ein kleiner Strom im Nanoamperebereich:


Dessen Stärke ist umso größer, je mehr Elektronen vorhanden sind (1 nA bedeutet, dass ca. 30 Milliarden Glukosemoleküle pro Sekunde umgewandelt wurden). Der Strom repräsentiert also die umgewandelte Glukosemenge in dem Gewebebereich, in welchem der Glukosesensor sitzt. Unter Berücksichtigung der Elektrodenspannung repräsentiert der Stromfluss (in Abb. SK 5 der ISIG) einen Wert für die Glukosekonzentration.

Modifikationen dazu gibt es zum Beispiel durch den Einsatz eines Mediators, wodurch sich die angelegte Elektrodenspannung verringern und damit die Wechselwirkung mit anderen Komponenten minimieren lässt (z.B. beim CGM-System FreeStyle Libre der Firma Abbott). Damit verringert sich auch die Anfälligkeit bzgl. Schwankungen der Sauerstoffkonzentration in vivo. [1]. Auch der Einsatz von Glukosedehydrogenase GDH (und einem Co-Enzym) ist möglich. Einige Sensorprojekte verwenden dieses Enzym, sind aber aktuell noch nicht für die Patienten verfügbar [2].

Abb. SK 5: Schematische Darstellung eines enzymatischen Glukosesensors in einem CGM-System der Medtronic [3]

Die aktuell (2025) hauptsächlich im Einsatz befindlichen rtCGM-Systeme sind Dexcom G6 und G7 der Firma Dexcom, FreeStyle Libre 3 der Firma Abbott und Guardian 4 und Simplera von Medtronic. Darüber hinaus sind CGM-Systeme wie das TouchCare Nano CGM der Firma Medtrum oder bald auch das Accu-Chek SmartGuide CGM der Firma Roche erhältlich, beide auf der Nadelsensortechnologie basierend.

Andere Technologie beim Langzeit-CGM

Ein vollkommen anderes Messprinzip wird bei dem Glukosesensor Eversense der Firma Senseonics angewendet [4,5]. Der kleine, zylinderförmige Sensor hat etwa die Größe eines halben Streichholzes. Er wird unter örtliche Betäubung in das Unterhautfettgewebe implantiert. Der derzeit (2025) verfügbare Sensor Eversense E3 ist für die Anwendung bis zu 180 Tagen ausgelegt, ein zukünftiges System wird bis zu 365 Tagen-anwendbar sein, bevor die nächste Implantation vorgenommen werden muss (inkl. der Explantation des alten Sensors).

Das Messprinzip beruht auf der Fluoreszenz, d.h. nach Anregung eines Stoffes geben dessen Atome/Moleküle nach kurzer Zeit die Anregungsenergie in Form von elektromagnetischen Wellen im Bereich des Lichts wieder ab. Die Intensität des Fluoreszenzsignals gibt Auskunft über die Konzentration der atomaren Bestandteile. Dazu besteht die äußere Hülle des Glukosesensors aus einem Polymerstoff, der ein Glukose-bindendes Molekül, ein Boronat enthält.

Diese äußere Zylinderwand verändert bei der Beladung mit Glukose ihre optischen Eigenschaften, was heißt, dass die Intensität der Fluoreszenzstrahlung von der Konzentration der gebundenen Glukose abhängt. Um dies zu messen, wurde in den Zylinder eine ultraviolettes Licht emittierende Leuchtdiode (LED) eingebaut. Trifft das Licht auf das Boronat, so fluoresziert dieses blau-violett. Die fluoreszierende Strahlung wird mit einer ebenfalls in dem Zylinder befindlichen Fotodiode gemessen. Das Signal wird schließlich aus dem Gewebe auf den auf die Haut aufgeklebten Transmitter übertragen und von diesem per Bluetooth an ein Smartphone gesendet.

Bemerkenswert ist, dass sich eine Vielzahl weiterer CGM- Systeme in der Entwicklung befinden, sowohl als enzymatische Nadelsensoren, als auch auf anderen Messprinzipien beruhend [2]. Das betrifft auch nicht-invasive CGM-Systeme, also solche, die ausschließlich auf physikalischen Methoden beruhen. Zu all diesen können aber keine Aussagen bzgl. der Marktreife getroffen werden können.

Literatur:

[1] Feldman B, Brazg R, Schwartz S, Weinstein R. A continuous glucose sensor based on wired enzyme technology — results from a 3-day trial in patients with type 1 diabetes. Diabetes Technol Ther. 2003;5(5):769-79. doi: 10.1089/152091503322526978.
[2] Shang T, Zhang JY, Thomas A, Arnold MA, Vetter BN, Heinemann L, Klonoff DC. Products for Monitoring Glucose Levels in the Human Body With Noninvasive Optical, Noninvasive Fluid Sampling, or Minimally Invasive Technologies. J Diabetes Sci Technol. 2022 Jan;16(1):168-214. doi: 10.1177/19322968211007212.
[3] Mastrototaro, JJ. The MiniMed Continuous Glucose Monitoring System. Diabetes Technology & Therapeutics. 2000; 2 (Suppl. 1): S13-S18.
[4] Thomas A, Kolassa R, von Sengbusch S, Danne T. CGM interpretieren: Grundlagen, Technologie, Charakteristik und Konsequenzen des kontinuierlichen Glukosemonitorings. 2. Überarbeitete Auflage. Kirchheim-Verlag 2019; ISBN 978-3-87409-690-694.
[5] Eversense CGM System | Eversense CGM (ascensiadiabetes.com) , letzter Zugriff: 18.03.2025

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