Razvijen elektronski implantat za lečenje dijabetesa i kontrolu šećera?

Dijabetes tipa 2 postaje sve češća bolest. Za razliku od dijabetesa tipa 1, često je povezan s gojaznošću, preteranim sedenjem i višegodišnjim prekomernim unosom energije. Iako injekcije insulina mogu sniziti nivo šećera u krvi, one ne rešavaju problem hroničnog viška energije u telu. Insulin samo pomaže mišićnim ćelijama da preuzmu glukozu iz krvotoka, ali ako telo ne iskoristi tu energiju, višak se pretvara u masno tkivo. To objašnjava zašto mnogi pacijenti nastavljaju da dobijaju na težini uprkos lečenju, saopštio je ETH Cirih.

Sada je tim predvođen Martinom Fusenegerom (Martin Fussenegger) razvio potencijalno nov način lečenja dijabetesa: implantabilni sistem koji koristi električno napajani katalizator za snižavanje glukoze u krvi.

Preporučujemo

Fuseneger je profesor na Odeljenju za nauku i inženjerstvo biosistema Saveznog tehničkog univerziteta u Cirihu (ETH Cirih) u Bazelu, a nalazi su objavljeni u žurnalu Science.

Istraživački tim sa sedištem u Bazelu godinama istražuje načine za borbu protiv dijabetesa pomoću sistema koji regulišu šećer u krvi. Raniji pristupi oslanjali su se na posebno razvijene genetičke mreže. Međutim, ovi sistemi zavise od bioloških komponenti, što stvara dodatne izazove u oblastima kao što su imunološka tolerancija, stabilnost, proizvodnja i regulatorna odobrenja.

Novi sistem zaobilazi ovaj problem pomoću katalizatora napravljenog u potpunosti od neorganskih materijala, kome nisu potrebne ćelije, enzimi niti druge biološke komponente. Sastoji se od grafitnog filca prožetog zlatnim nanoklasterima, koji su i sami dekorisani još manjim česticama platine. Materijali su pokazali odličnu biokompatibilnost u eksperimentalnoj studiji, navodi Fuseneger.

Tim je samostalno razvio nanostrukturiranu površinu katalizatora.

Implantat takođe sadrži elektronsku kontrolnu jedinicu smeštenu u 3D štampanom kućištu. Napajanje se obezbeđuje bežično na frekvenciji od 13,56 MHz, koja je međunarodno predviđena za industrijske, naučne i medicinske primene.

Katalizator pretvara višak glukoze u krvi u glukonat. To znači da se deo glukoze više ne metaboliše i ne skladišti u tkivima, što takođe pomaže u ograničavanju nagomilavanja telesne masti. Glukonat se zatim izlučuje putem mokraće.

Katalizator se kontroliše bežično putem sistema zatvorene petlje. Standardni senzor glukoze, poput onih koje osobe sa dijabetesom obično nose na nadlaktici, neprekidno prati nivo glukoze u tkivu. Ako nivo šećera u krvi previše poraste nakon obroka, senzor šalje signal preko Bluetooth veze na pametni telefon ili pametni sat. Pametni uređaj zatim aktivira katalizator, koji koristi električnu energiju za pretvaranje glukoze. Kada nivo glukoze padne na željenu vrednost, uređaj se automatski isključuje, štiteći pacijente od opasno niskog nivoa šećera u krvi.

U laboratorijskom eksperimentu, Fusenegerov tim je testirao sistem u rezervoaru sa 5 litara hranljivog rastvora koji sadrži glukozu, što približno odgovara zapremini krvi u ljudskom telu. To je pokazalo da je katalizator sposoban da pretvara glukozu u tolikoj zapremini rastvora.

Istraživači su takođe testirali sistem na miševima sa dijabetesom i otkrili da se nivo šećera u krvi životinja mogao precizno regulisati. Miševi su izgubili na težini, implantat se dobro podnosio i radio je pouzdano tokom perioda od šest nedelja.

- Sistem radi na veoma niskom naponu, a naši eksperimenti nisu pokazali nikakve dokaze oštećenja tkiva usled električnih ili toplotnih efekata - kaže Fuseneger.

Tim još nije testirao uređaj na ljudima.

Fuseneger ovaj pristup vidi kao promenu paradigme – odstupanje od konvencionalnih lekova i prelazak na skalabilne, elektronski kontrolisane tretmane koji se mogu integrisati u digitalna okruženja poput interneta stvari.

- Decenijama lečimo dijabetes tako što govorimo telu kako da upravlja glukozom. Sada pokazujemo da možemo direktno preuzeti kontrolu nad glukozom, koristeći elektroniku umesto lekova – rekao je on. - Pritom se katalizator aktivira samo kada je nivo glukoze previsok.

Tim sada planira da razvije ovaj sistem u medicinski uređaj. Pošto sam mehanizam za snižavanje glukoze funkcioniše bez ćelija ili enzima, tehnički razvoj bi mogao biti znatno jednostavniji.

Još jedna prednost je to što su komponente potrebne za izradu takvog uređaja, uključujući eksternu kontrolu i uređaje za bežični prenos energije, već razvijene i komercijalno dostupne.

(Telegraf Nauka/EurekAlert!)