Diabetes: 'smart insulin patch' könnte die glukosesteuerung revolutionieren


Diabetes: 'smart insulin patch' könnte die glukosesteuerung revolutionieren

Patienten mit Diabetes müssen ihren Blutzucker kontrollieren, indem sie regelmäßig ihren Finger stechen und Insulinschüsse geben. Das Verfahren ist schmerzhaft und ungenau - die Injektion der falschen Menge an Insulin kann zu schweren Komplikationen führen, und in einigen Fällen, Koma und Tod.

Die Forscher zielen darauf ab, einen intelligenten Insulin-Patch zu entwickeln, der nur paar Tage geändert werden muss.

Bildnachweis: Zhen Gu

Nun könnte die Entwicklung eines "intelligenten Insulin-Patches" eines Tages eine solche Leidensgeschichte für die Millionen von Amerikanern, die unter Diabetes leiden, nach dem Team hinter der Innovation, die Mitglieder von der University of North Carolina umfasst (UNC) in Chapel Hill und NC State in Raleigh.

Das smarte Patch - ein quadratisches Bandband, das nicht größer als ein Penny ist - hat mehr als hundert Mikronadeln, jedes über die Größe einer Wimper, die winzige Reservoirs von Insulin und Glukose-sensierenden Enzymen enthält.

Das Gerät - das überall auf den Körper platziert werden kann - spürt, wenn der Blutzuckerspiegel zu hoch wird und schnell die richtige Menge an Insulin in den Blutkreislauf entlädt.

In dem Proceedings der Nationalen Akademie der Wissenschaften , Die Diabetes-Ärzte und Biomedizin-Ingenieure, die den schmerzlosen Patch erfunden, beschreiben, wie sie es in einem Mausmodell von Typ 1 Diabetes getestet und zeigte es senkte Blutglukose für mehrere Stunden.

Während es ein großes Versprechen zeigt, ist es zu früh, um zu sagen, ob und wann der Patch bei menschlichen Patienten verwendet werden kann - das Team sagt mehr Tests und dann sind klinische Studien erforderlich.

Patch mimet körperspezifisches System zur Generierung von Insulin

Der intelligente Insulin-Patch funktioniert, indem er das körpereigene System zur Erzeugung von Insulin - die Beta-Zellen der Bauchspeicheldrüse - einprägt, die Insulin in winzigen Säcken oder Vesikeln produzieren und speichern. Sie spüren auch Veränderungen in Blutzucker und Signal Insulin aus den Bläschen freigesetzt werden, wie gebraucht.

Das Team konstruierte künstliche Vesikel, die in ähnlicher Weise aus zwei natürlichen Materialien - Hyaluronsäure (HA) in Kosmetika und 2-Nitroimidazol (NI), eine organische Verbindung in der Diagnostik verwendet.

Gemeinsam bilden die beiden Verbindungen ein Molekül, das an einem Ende (dem HA-Teil) wasserliebe und am anderen (dem NI-Teil) wasserabweisend ist. Gruppen des Moleküls sammeln sich selbst in Vesikel - ähnlich wie Öltröpfchen im Wasser - mit den wasserabweisenden Enden auf der Innenseite und den wasserliebenden Enden auf der Außenseite.

Die Forscher fanden heraus, dass sie einen Kern aus festem Insulin und Enzymen, die entworfen wurden, um Glukose in die künstlichen Vesikel zu detektieren, die in großer Zahl Millionen von blasenähnlichen Nanostrukturen, jeweils 100 mal kleiner als die Dicke des menschlichen Haares,

Als sie die intelligenten Insulin-Nanopartikel im Labor testeten, fanden die Mannschaft, dass sie auf erhöhten Blutzucker reagierten. Die überschüssigen Glukosemoleküle traten in die künstlichen Vesikel ein, indem sie Sauerstoff benutzten, während die Enzyme an Bord sie in Glukonsäure umwandelten. Diese Reduktion von Sauerstoff oder "Hypoxie" macht das wasserabweisende NI-Ende der Moleküle, die die Vesikel bilden, werden wasserliebend, und die Vesikel lösen und lösen Insulin in den Blutkreislauf.

Patch hielt Blutzucker normal bei diabetischen Mäusen für Stunden

Der nächste Schritt für die Forscher war, einen Weg zu finden, um die künstlichen Bläschen an Diabetes-Patienten zu verabreichen. Dies ist, wenn sie sich der Idee von winzigen Mikronadeln zuwenden, die in einen Patch integriert wurden, anstatt sich auf die großen Nadeln oder Katheter der "Closed-Loop-Systeme" anderer Ansätze zur glukoseempfindlichen Insulinabgabe zu verlassen.

Sie produzierten schließlich einen Siliziumstreifen mit über hundert Mikronadeln, die die Haut durchbohren und in das in den darunter liegenden Kapillaren fließende Blut klopfen. Jede Mikronadel enthält ein Reservoir der künstlichen Vesikel.

Das Team hat die Erfindung in einem Mausmodell von Typ 1 Diabetes getestet. Sie gaben einer Gruppe von Mäusen eine Standard-Insulin-Injektion - die Ebenen sanken auf normal, aber dann schnell auf hyperglykämische Ebenen stieg.

Aber als sie eine andere Gruppe von diabetischen Mäusen mit dem Pflaster behandelten, normalisierten sich ihre Blutzuckerspiegel innerhalb einer halben Stunde und blieben so für mehrere Stunden.

Die Forscher fanden auch, dass durch Variation der Dosis von Enzym, könnten sie Feinabstimmung der Patch, um Glukosespiegel innerhalb bestimmter Bereiche zu ändern.

Ein "Spielwechsler" für Diabetespatienten

Mäuse sind weniger empfindlich gegenüber Insulin als Menschen, so dass die Forscher glauben, dass die Patches noch länger in menschlichen Patienten dauern könnte. Die Forscher zielen darauf ab, einen intelligenten Insulin-Patch zu entwickeln, der nur paar Tage geändert werden muss.

Eine solche Perspektive wäre ein "Spielwechsler" für Diabetes-Patienten, erklärt Co-Senior-Autor John Buse, ein Professor für Medizin und ehemaliger Präsident der American Diabetes Association:

"Der harte Teil der Diabetes-Pflege ist nicht die Insulin-Aufnahmen, oder die Blutzucker-Checks, oder die Diät, sondern die Tatsache, dass Sie sie alle mehrmals am Tag jeden Tag für den Rest Ihres Lebens zu tun haben."

Co-senior Autor Zhen Gu, ein Professor in Biomedizintechnik, sagt:

Wir haben einen Patch für Diabetes entworfen, der schnell funktioniert, einfach zu bedienen ist und aus nicht toxischen, biokompatiblen Materialien besteht. Das ganze System kann personalisiert werden, um das Gewicht eines Diabetikers und die Inspektionsempfindlichkeit zu berücksichtigen, so dass wir den Smart Patch noch schlauer machen könnten."

Es gibt weltweit mehr als 387 Millionen Menschen mit Diabetes, und die Zahl wird voraussichtlich bis 2035 auf 592 Millionen ansteigen.

Die Fonds des NC TraCS Instituts und der American Diabetes Association haben dazu beigetragen, die Forschung zu finanzieren.

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