Cukrzyca typu 2 to poważny globalny problem zdrowotny. Szacuje się, że na świecie może chorować na nią nawet 600 mln osób. W przeciwieństwie do cukrzycy typu 1, często wiąże się z siedzącym trybem życia, otyłością i spożywaniem nadmiernej ilości kalorii, czyli dostarczaniem organizmowi więcej energii z pożywienia niż potrzebuje. Chociaż podawanie insuliny może obniżać poziom cukru we krwi, nie rozwiązuje to problemu chronicznego nadmiaru kalorii w organizmie.
Insulina jedynie pomaga komórkom mięśniowym pobierać glukozę z krwiobiegu, ale jeśli organizm nie wykorzysta tej energii, jej nadmiar jest przekształcany w tłuszcz. To wyjaśnia, dlaczego wielu pacjentów nadal przybiera na wadze pomimo terapii.
Nowy sposób leczenia cukrzycy
Być może z pomocą przyjdzie wynalazek szwajcarskich naukowców. Specjaliści z Politechniki Federalnej w Zurychu (niem. Eidgenössische Technische Hochschule Zürich, ETHZ) opracowali implant, który obniża poziom cukru we krwi bez użycia leków. System wykorzystuje specjalnie opracowany katalizator do przekształcania glukozy w glukonian, co pozwala usunąć część jej nadmiaru z organizmu.
Urządzenie zostało stworzone przez zespół kierowany przez prof. Martina Fusseneggera z Wydziału Nauk Biosystemowych i Inżynierii ETHZ w Bazylei. Wyniki ich analizy zostały przedstawione w czasopiśmie „Science”
Zespół z Bazylei od lat bada sposoby leczenia cukrzycy za pomocą systemów regulujących poziom cukru we krwi. Wcześniejsze podejścia opierały się na specjalnie opracowanych sieciach genetycznych. Systemy te są jednak zależne od komponentów biologicznych, co stwarza wyzwania w takich obszarach, jak tolerancja immunologiczna, stabilność, produkcja i zatwierdzenie regulacyjne.
Nowy system rozwiązuje ten problem dzięki katalizatorowi wykonanemu w całości z materiałów nieorganicznych, który nie wymaga komórek, enzymów ani innych komponentów biologicznych. Składa się z materiału grafitowego pokrytego nanoczęsteczkami złota oraz jeszcze mniejszymi cząsteczkami platyny. Implant zawiera elektroniczną jednostkę sterującą, a zasilany jest bezprzewodowo.
Glukoza w glukonian
Katalizator przekształca nadmiar glukozy we krwi w glukonian. To sprawia, że część glukozy nie jest już metabolizowana i magazynowana w tkankach, co również pomaga ograniczyć odkładanie się tkanki tłuszczowej. Glukonian jest następnie wydalany z moczem.
Czujnik poziomu glukozy jest umieszczany na ramieniu, podobnie jak coraz powszechniejsze sensory noszone przez osoby chore na cukrzycę. Jeśli po posiłku poziom cukru we krwi wzrośnie zbyt wysoko, czujnik wysyła sygnał do smartfona lub innego urządzenia, a wtedy aktywowany jest katalizator, który wykorzystuje energię elektryczną do konwersji glukozy. Gdy poziom glukozy spadnie do pożądanego poziomu, urządzenie automatycznie się wyłącza.
Naukowcy przetestowali najpierw swój wynalazek w warunkach laboratoryjnych. Wykorzystali do tego zbiornik zawierający pięć litrów roztworu glukozy, czyli objętość zbliżoną do ilości krwi w organizmie dorosłego człowieka. Eksperyment wykazał, że katalizator jest w stanie skutecznie przekształcać glukozę na taką skalę.
Następnie sprawdzili skuteczność tego rozwiązania na myszach chorych na cukrzycę. Okazało się, że poziom cukru we krwi u tych zwierząt można precyzyjnie regulować. W efekcie myszy schudły, implant był dobrze tolerowany, a urządzenie działało niezawodnie przez sześć tygodni.
„System działa przy bardzo niskim napięciu, a nasze eksperymenty nie wykazały żadnych oznak uszkodzenia tkanek w wyniku działania czynników elektrycznych czy termicznych” – powiedział prof. Fussenegger.
Testów na ludziach jeszcze nie przeprowadzono.
Elektronika zamiast leków
W ocenie prof. Fusseneggera wynalazek może pozwolić odejść od stosowania konwencjonalnych leków w kierunku sterowanych elektronicznie terapii, które można zintegrować ze środowiskami cyfrowymi.
„Przez dekady leczyliśmy cukrzycę, instruując organizm, jak zarządzać glukozą. Teraz pokazujemy, że możemy bezpośrednio kontrolować glukozę, używając elektroniki, a nie leków. Katalizator aktywuje się tylko wtedy, gdy poziom glukozy jest zbyt wysoki” – mówi naukowiec.
Zespół planuje teraz przekształcić swój innowacyjny system w urządzenie medyczne. Ponieważ mechanizm obniżania poziomu glukozy działa bez udziału komórek czy enzymów, jego rozwój techniczny może być znacznie prostszy. Komponenty niezbędne do budowy takiego urządzenia – w tym elementy zewnętrznego sterowania oraz systemy bezprzewodowego przesyłu energii – zostały już opracowane i są dostępne w sprzedaży.
Czytaj też:
Klucz do zdrowia w cukrzycy. Najważniejsze zasady. „Szansa na dłuższe życie” Czytaj też:
Pierwsze objawy cukrzycy typu 1. To powinno zaniepokoić przede wszystkim