describes glucose measurements in subcutaneous adipose tissue by microdialysis for 3 weeks in five healthy subjects. We evaluated the

change in recovery in time. In these experiments we tried to derive the

“true” interstitial glucose concentration in adipose tissue (or in other words:

what is a microdialysis probe really measuring?). The kinetics of glucose transport in adipose tissue was also investigated. We used perfusion flow rates from 0.5 µl/min to 20 µl/min for microdialysis probes with a mem-brane length between 10 and 35 mm and perfused various glucose solutions as introduced by Lönnroth et al. [221]. In each subject four probes were

inserted, two on each side of the umbilicus. Each day, an experiment was performed either with eight different flow rates or an experiment with var-ious glucose concentrations. Using vials, dialysate was sampled twice for each flow rate or each perfused glucose concentration. The glucose content in the collected dialysate was estimated spectrophotometrically. At the beginning and at the end of the sampling period, a blood glucose measure-ment was taken. The study design and a detailed description of methods used are given in this chapter. The results showed that the initial glucose recoveries increased for 6-9 days until a plateau was reached. Especially the (individual) change in recovery during the 1st day was significant. Probably insertion of the probe causes some trauma to cells and capillaries, creating a not fully functional layer of tissue around the probe that may present a bar-rier to diffusional glucose transport. The repair of the tissue microstructure around the probe may well take a rather long time and is accompanied by a steady increase of the glucose recovery. At a flow rate of zero, the equilib-rium concentration is not effected by any kinetic parameter (Lönnroth method). The concentration equals the actual concentration in the sur-rounding tissue and depends solely on the balance between the supply of glucose by the arteries and the uptake of glucose by cells. Our results show equal glucose values for capillary blood and the equilibrium glucose con-centration when no “implantation” effects are present. We think therefore that not some universal interstitial concentration is the driving force for dif-fusion to the probe but that it is the capillary blood glucose concentration itself. This means that for microdialysis experiments in adipose tissue in gen-eral, for substances not produced in the tissue around the probe, capillary blood is a better reference than venous plasma. Based on this histological picture, adipose tissue is better described by a tissue matrix of cells and cap-illaries in which the transport of glucose in tissue is governed by convective flow of blood inside the vascular bed and not so much by diffusion in the interstitial space. This matrix model views transport of glucose as a two-stage process. First, convective flow in the vascular bed for transport of glu-cose to the vicinity of the probe. Second, diffusional flow across the capillary wall, a small layer of interstitial fluid and the membrane wall of the probe.

The matrix model integrates diffusional transport of glucose across the cap-illary wall, the interstitial fluid layer and the probe membrane. The observed

implementation effect on the recovery may well impede a short-term appli-cation of continuous microdialysis in adipose tissue. Only when the recov-ery is stabilised, dialysate glucose concentrations correlate directly with the blood glucose concentration. We therefore recommend that for reliable continuous glucose measurement one should wait until recovery has stabi-lised.

Samenvatting

Dit proefschrift beschrijft de ontwikkeling van een glucosemeetsysteem (ook wel “glucosesensor” genoemd), dat kan worden gebruikt in de behan-deling van diabetes patienten. Een glucosesensor moet het continu meten van glucose in het lichaam mogelijk maken. Diabetes mellitus is een auto-immuunziekte waarbij het koolhydraat-, vet- en eiwit-metabolisme is ont-regeld. De ziekte wordt gekenmerkt door een relatief of absoluut tekort aan insuline en/of door een verminderde gevoeligheid voor insuline. De

“World Health Organisation” schat dat wereldwijd ongeveer 135 miljoen mensen lijden aan een vorm van diabetes. Het belangrijkste doel is, zo goed als dat gaat, de bloedglucosespiegel te normaliseren. Een belangrijk hulp-middel voor de patiënt is tegenwoordig de mogelijkheid om zelf de gluco-seconcentratie in het bloed te bepalen door middel van bloedglucoseteststrips en bloedglucosemeters. Hierdoor krijgt de patiënt inzicht in het effect van de behandeling en hij kan deze eventueel aanpassen.

Een intensieve insulinetherapie is noodzakelijk voor een verbeterde rege-ling, maar is ook lastiger. Zelfregulatie betekent een verhoogde controle door extra bloedglucosemetingen. Voor een goed inzicht in het verloop van deze spiegel moeten er dus regelmatig metingen worden verricht. Een con-tinue glucosemeting door middel van een glucose-sensor kan daarom een verbetering betekenen in de behandeling van diabetes.

In hoofdstuk 1 geef ik een overzicht van de ziekte diabetes mellitus: de clas-sificatie, oorzaak, complicatie en de behandeling van de ziekte. Type-1 dia-betes is een auto-immuun ziekte. Het afweersysteem van het lichaam

“vergist zich” en richt de afweerreactie op cellen in de alvleesklier, die de insuline produceren (eilandjes van Langerhans of ook wel bêta-cellen

genoemd). Wanneer deze cellen vernietigd zijn, kan er geen insuline meer worden geproduceerd. Hoewel de behandeling van type-1 diabetes patien-ten duidelijk is verbeterd, is het nog steeds moeilijk om de bloedsuikerspie-gels binnen normale waarden te houden (4- 8 mM).

In dit hoofdstuk bespreek ik twee benaderingen om de regeling van de bloedglucosespiegel te verbeteren:

1. De transplantatie van de pancreas of van de bêta-cellen.

2. Het gebruik van een onafgebroken glucosemeeting d.m.v. een

glucose-sensor, die het liefst gekoppeld is aan een systeem van automati-sche gecontroleerde insuline toediening.

Hoewel de transplantatie van vooral de pancreas in combinatie met de nier in 75% van de gevallen succesvol is, is het maar de vraag of de meerderheid van de type-1 diabetes patienten hiervan zullen profiteren. Dit komt voor-namelijk door het tekort aan geschikte donoren. Bovendien moet de patiënt na een transplantatie zijn leven lang immunosuppressieve medicatie gebrui-ken om afstotingsreacties tegen te gaan. Een alternatief voor de discontinue glucosebepaling m.b.v. een bloedglucosemeter is een continu metende glu-cose-sensor. Aan de hand van het signaal van de sensor kan de patiënt zelf bepalen wanneer en hoeveel insuline hij moet toedienen. Een technisch meer geavanceerd systeem is de koppeling van de sensor met een insuline-toedieningsapparaat. Hierbij wordt afhankelijk van o.a. de glucoseconcen-tratie in het bloed geheel automatisch insuline toegediend zonder tussen-komst van de patiënt. In dit hoofdstuk komen methoden van glucosemeting, in vivo toepassingen en vereisten van glucose-sensoren aan bod.

In hoofdstuk 2 geef ik een overzicht van verschillende minimaal invasive glucose-sensoren en hun basis detectieprincipe.

Er zijn verschillende typen glucose-sensoren ontwikkeld, die zich onder-scheiden in het gebruikte detectieprincipe en methode van glucose-extrac-tie. De meerderheid van alle sensoren maakt gebruik van de enzymatische omzetting van glucose door het enzym glucose-oxidase (god). In deze reactie wordt glucose omgezet in gluconzuur onder verbruik van zuurstof

en produktie van waterstofperoxyde. Er zijn verschillende elektrodesyste-men ontwikkeld die de glucose-afhankelijke concentratie van of zuurstof, of waterstofperoxyde, of gluconzuur kunnen meten (zgn. naaldtype-elek-trodes). Principes en methoden waarop deze glucose-sensoren zijn geba-seerd en hun voor- en nadelen worden besproken. Naar aanleiding van de besproken nadelen van dit type sensoren, zijn er een aantal andere glucose-sensorconcepten ontwikkeld. Een van deze concepten is het gebruik van de microdialysetechniek om glucose uit het lichaam te transporteren naar een glucosemeetsysteem. Bij microdialyse wordt een klein buisvormig mem-braan (de zgn. probe) in gebracht in het weefsel of de bloedbaan. Deze probe wordt doorspoelt met een waterige oplossing (de zgn. perfusievloei-stof). Glucose diffundeert vanuit het weefsel of bloed in de perfusievloeistof en wordt getransporteerd naar het glucosemeetsysteem voor analyse. De glucoseconcentratie wordt dus ex vivo gemeten. Microdialyse omzeilt een aantal van de nadelen van direct geimplanteerde glucose-sensoren. Glucose-sensoren die deze techniek gebruiken komen verder aan bod in dit hoofd-stuk en de rest van het proefschrift.

Hoofdstuk 3 beschrijft de ontwikkeling van een nieuw