Електронен имплант премахва излишната захар в кръвта

Изследователите от Швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих (ETH Zurich) създават електронен имплант, който може да регулира нивата на глюкоза без нуждата от инсулин или медикаменти. Устройството, наречено ECHO, предлага нов подход за лечението на диабет тип 2. За разлика както от конвенционалните терапии, така и от предишните изследвания на екипа, при които те използват генетични модификации или биологични компоненти, системата ECHO е базирана изцяло на електроника и неорганични материали.

Новият подход ECHO

Екипът на проф. Мартин Фюсенегьор от подразделението на ETH Zurich в Базел – Департамента по биосистемни науки и инженерство, води битка с диабета от години като разработва системи, които разграждат кръвната захар. До момента те разчитат на специално разработени генетични мрежи. Проблемът, че затова са необходими биологични компоненти, но и че са свързани с допълнителни изисквания по отношение на имунната толерантност, стабилността и приложението.

„Подкожен имплант, който съдържа твърд електрокатализатор, който отстранява директно излишната захар от кръвния поток с електрически регулируема скорост, може да осигури терапевтична алтернатива с контролируема доза и без лекарства“, пишат авторите в статията с резултатите, публикувана в научното списание Science.

Устройството, което екипът създава, съдържа графитен филц, в който има вградени златни люспи и малки платинени частици. Всички използвани материали са биосъвместими.

„При безжично захранване ECHO (електрокаталитична оптимизация на здравето в затворен цикъл) окислява селективно глюкозата до глюконат, който се отделя лесно през бъбреците“, пишат изследователите.

Имплантът съдържа и електронен контролен блок, който е разположен в 3D принтиран корпус. Захранването се осигурява безжично чрез радиочестота 13,56 MHz, която е международно одобрена за медицински и научни приложения.

Сензор за кръвна захар, като тези, които са добре познати на хората с диабет и са разположени в горната част на ръката, измерва непрекъснато нивото на захар. Ако то се повиши твърде рязко след хранене, сензорът изпраща сигнал чрез Bluetooth до смартфон или смартчасовник. Устройството активира катализатора, който преобразува глюкозата като използва електрически енергия. Когато нивото на глюкозата спадне до желаната целева стойност, устройството се изключва автоматично. Това предпазва пациентите от опасната хипогликемия.

„Когато излишната енергия се изтегля непрекъснато от тялото, подобно на контролираното гладуване, тялото започва да мобилизира собствените си мастни резерви“, обяснява проф. Мартин Фюсенегьор.

Устройството ще бъде особено подходящо за хората с диабет тип 2, който се разпространява все повече в световен мащаб. За разлика от диабет тип 1 той се свързва по-често със затлъстяване, заседнал начин на живот и прекомерен прием на енергия в продължение на години. Инсулинът понижава кръвната захар, но не е в състояние да се справи с хроничния енергиен излишък на организма. Той помага на мускулните клетки да абсорбират захарта от кръвния поток, но ако тялото не използва тази енергия, излишъкът се превръща в мазнини. Затова въпреки лечението много от хората продължават да наддават тегло.

Резултатите от проучването

В лабораторно изпитване екипът тества системата върху пет литра хранителен разтвор с глюкоза. Това е приблизително еквивалент на обема на кръвта на възрастен. Тестовете показват, че катализаторът е достатъчно добър, за да разгради захарта в такъв голям обем течност. След това изследователите тестват системата върху мишки с диабет. След като поставят импланта, безжичната активация възстановява бързо повишената кръвна захар до нормални граници. Имплантът поддържа контрола над захарта в продължение на месец и и половина. Няма признаци за хипогликемия.

„Намаляването на захарта измести метаболизма на цялото тяло към използване на складирани мазнини. Третираните мишки показаха намалени концентрации на циркулиращи триглицериди и телесно тегло, заедно с повишени концентрации на свободни мастни киселини и кетонни тела. Свързването на импланта с глюкозен монитор за непрекъснато действие позволи автономна работа при затворен цикъл. Системата активира електрокатализатора само когато захарта надвиши предварително определен праг и по този начин я поддържаше в желаните граници“, пишат учените в Science.

Приф. Мартин Фюсенгьор и колегите му подчертават, че ECHO демонстрира потенциала на електрокатализата като безлекарствен подход за управление на диабета и затлъстяването.

„Системата работи при много ниско напрежение и нашите експерименти показаха, че нито електрическите, нито термичните ефекти причиняват увреждане на тъканите“, коментира проф. Фюсенгьор. Според него подходът им представлява сериозна промяна в парадигмата, а това е постепенното преминаване от традиционните лекарства към електронно контролирани интервенции, които могат да бъдат вписани в дигитална среда.

„В продължение на десетилетия лекувахме диабета като диктувахме на тялото как да управлява захарта. Днес показваме, че можем директно да я контролираме като използваме електроника, а не лекараства“, казва още ръководителят на проучването проф. Фюсенгьор.