錦糸町 税理士法人　坂部綜合会計／アサヒ・ビジネスセンター

血糖自己測定技術の変遷　２

ノースカロライナ大学チャペルヒル校
　　　　　　医工学専攻教授 　早出　広司

　前回は「血糖自己測定」について、Self Monitoring of Blood Glucose; SMBGと、Continuous Glucose Monitoring (CGM) System「持続血糖測定器」についての概略をご紹介いたしました。今回は、血糖計測技術の原理について紹介いたします。

血糖計測技術は酵素測定法と呼ばれる技術の範疇です。血液中のグルコースを対象として特化した分析技術としては、試験紙を用いた発色法と電極を用いる電気化学法の二種に大別されます。現在のSMBG技術の主流である電気化学法は1950年代にアメリカで発明され、その後、普遍的な酵素分析法として定着しました。
一方で発色法は1970年代にグルコース試験紙として市販され、これを個人が使える計測機器として分析機器と組み合わせた最初のSMBGが、電気化学法よりも早い時期にアメリカの企業によって市場に登場し、糖尿病患者さんが個人で血糖値管理にSMBGが使える時代を迎えました。その分析機器を供給していたのは日本企業でした。電気化学計測法は、初期の発明によって支えられた技術は、個人用の計測技術というよりも、検査センター等で用いられる標準機器として発展し、現在でも標準工程として採用されています。
この時に用いられていた分析用の酵素は「グルコース酸化酵素」と呼ばれ、グルコースを酸素の存在下で酸化するとともに、生成する過酸化水素を酵素発色法あるいは電極上で電気化学的に検出する原理でした。この原理を第一世代と呼んでいます。
この方法は現在も採用されていますが、装置の小型化や大量かつ安価にSMBG測定機器製品として普及するためには不向きでした。そこで開発されたのが第二世代、電子メディエータ型の原理です。この原理では酵素がグルコースを酸化するときにそこから電子を受け取る酸化還元色素という化合物の一種を酸素の代わりに用いることを特徴としています。この電子を受け取った化合物が電極上で一定の電位を印加することで電流を生じます。
このように酵素と電極の間を介在する化学物質を使っていることから、この化合物を「メディエータ」とよび、第二世代はメディエータ法とも呼ばれています。この第二世代の登場によって、第一世代の主役であったグルコース酸化酵素に代わってあたらしい酵素が台頭してきます。グルコース脱水素酵素とよばれる酵素であり、これは酸素との反応は一切せず、メディエータとしか反応しません。
したがって、通常の大気下では常に酸素が存在しているため、グルコース酸化酵素を第二世代型の測定原理に用いると酸素とメディエータとの間に競合がおこり、測定条件によっては測定の信頼性が低くなります。これに対してグルコース脱水素酵素は酸素の影響を受けないために、常に安定した測定結果が得られます。この新しい種類の酵素が登場したことにより、それまでは考えられなかったような容量の血液試料で血糖値が計測できるようになりました。
これは優れたメディエータと高い活性を示す酵素が開発され、さらに印刷技術や半導体技術の進展と相まって、大量に精度高く小型で高性能なSMBG計測機器とその使い捨て電極、センサーチップが製造できるようになったことで、利用者が拡大し、それに伴いSMBG市場は拡大の一歩をたどっています。
また、前回ご紹介した持続血糖測定器（CGM）に使うセンサーにおいても同じような計測原理が採用されています。特に、現在の主流は第一世代型、グルコース酸化酵素を用いる原理です。さらに次回ご紹介する、二週間連続装着測定が可能な最も新しい血糖自己測定器においては、第二世代の原理が採用されています。
これらのセンサは皮下に埋め込むこと、さらにその計測を連続的に行うことなどから、センサ自身が長寿命化されていること、生物学的にも安全な材料で構成されていて皮下に挿入できること、連続的に計測および計測結果が記録できる優れたソフトウェアとインターフェイスが開発されていること、さらにSMBG機器との連携がなされていること、など、持続血糖機器の開発はこれまでのSMBG機器開発、製品、それに基づく糖尿病治療によって獲得されてきた経験値、知識と技術の蓄積によって達成されました。

第三回はこういったSMBG機器の急速な発展と普及に伴って出てきている課題とマーケットの動向、さらにCGM技術の発展とともに、これまでの血糖計測技術の集大成とも呼べる人工すい臓についてご紹介いたします。