Un implant experimental pentru diabet utilizează electricitate pentru a controla glicemia și a facilita pierderea în greutate
Un implant electronic experimental ar putea oferi o nouă abordare în tratarea diabetului de tip 2.
În loc să se bazeze pe insulină sau medicamente convenționale, dispozitivul utilizează electricitate pentru a transforma excesul de glucoză din sânge într-o substanță pe care organismul o poate elimina. În teste inițiale cu șoareci diabetici, tehnologia a reușit să regleze glicemia și a condus, de asemenea, la pierderea în greutate.
Dezvoltarea acestui implant survine pe fondul creșterii numărului de persoane afectate de diabetul de tip 2 la nivel mondial. Spre deosebire de diabetul de tip 1, diabetul de tip 2 este adesea asociat cu obezitatea, activitate fizică limitată și consumul de energie mai mare decât necesarul organismului pe perioade lungi.
Injectările cu insulină pot ajuta la reducerea glicemiei prin facilitarea absorbției glucozei de către celulele musculare. Totuși, insulina nu elimină problema fundamentală a surplusului de energie. Când organismul nu utilizează glucoza absorbită, surplusul poate fi transformat în grăsime, ceea ce explică de ce unii pacienți diabetici continuă să câștige în greutate chiar și în timpul tratamentului.
O echipă de cercetători, condusă de Martin Fussenegger, a dezvoltat un implant care abordează această problemă dintr-o altă perspectivă. Rezultatele lor au fost publicate în revista Science.
Fussenegger și colegii săi au dedicat ani de zile dezvoltării tehnologiilor capabile să controleze glicemia. Proiectele anterioare foloseau rețele genetice inginerizate, dar aceste sisteme depindeau de celule vii și alte materiale biologice.
Această dependență a generat diverse complicații. Componenta biologică poate crea provocări legate de compatibilitatea imunologică, stabilitatea pe termen lung, producția și aprobarea de reglementare.
Cercetătorii au adoptat acum o abordare diferită, creând un catalizator realizat exclusiv din materiale anorganice. Acesta își îndeplinește funcția fără a necesita celule vii, enzime sau alte componente biologice.
La baza implantului se află o bucată de fibră de grafit acoperită cu grupuri mici de aur. Aceste structuri de aur sunt acoperite cu particule de platină și mai mici, creând o suprafață special concepută care permite reacția chimică necesară pentru procesarea glucozei.
Cercetătorii au proiectat ei înșiși această suprafață la scară nanometrică. Potrivit lui Fussenegger, materialele au demonstrat, de asemenea, o biocompatibilitate excelentă în timpul testelor experimentale, sugerând că pot interacționa cu țesutul viu fără a provoca reacții adverse semnificative.
Sistemul include un controler electronic închis într-o carcasă imprimată 3D. În loc să se bazeze pe o conexiune electrică convențională, implantul primește energie wireless la o frecvență de 13,56 MHz, frecvență alocată internațional pentru aplicații industriale, științifice și medicale.
Tehnologia funcționează prin transformarea glucozei în exces în gluconat, o substanță care poate fi eliminată din organism prin urină.
De obicei, glucoza furnizează energie celulelor. Atunci când există mai multă glucoză decât organismul are nevoie, o parte din energia în exces poate fi stocată ca grăsime. Prin conversia unei părți din glucoză în gluconat, implantul împiedică acea porțiune să fie metabolizată și stocată în țesuturi, ajutând astfel la reducerea acumulării de grăsime.
Întregul proces este conceput pentru a se desfășura automat, răspunzând la modificările glicemiei pe măsură ce acestea apar.
Un senzor convențional de glucoză, similar celor purtate pe brațul superior de multe persoane cu diabet, măsoară continuu concentrațiile de glucoză din țesut. Când nivelurile cresc prea mult, cum ar fi după o masă, senzorul comunică prin Bluetooth cu un smartphone sau smartwatch.
Dispozitivul conectat activează apoi implantul, furnizând energia electrică necesară pentru ca catalizatorul să convertească glucoza în gluconat.
Odată ce nivelurile de glucoză revin în intervalul dorit, implantul se oprește automat. Acest sistem de feedback, cunoscut sub numele de control în buclă închisă, este destinat să prevină scăderea periculoasă a glicemiei.
Pentru a evalua tehnologia, cercetătorii au efectuat mai întâi un experiment de laborator folosind un rezervor cu 5 litri de soluție nutritivă cu glucoză. Această cantitate este aproximativ egală cu volumul de sânge circulând într-un organism uman adult.
Experimentul a demonstrat că catalizatorul putea converti glucoza dintr-o soluție de această scară, un pas important în evaluarea potențialului său pentru aplicații medicale.
Ulterior, sistemul a fost implantat în șoareci diabetici. Rezultatele au arătat că dispozitivul putea reglementa precis nivelurile de glicemie ale animalelor. De asemenea, șoarecii au pierdut în greutate, sugerând că transformarea glucozei în exces în loc să contribuie la stocarea de grăsime ar putea oferi un beneficiu metabolic suplimentar.
Peste șase săptămâni de testare, implantul a continuat să funcționeze fiabil și a fost bine tolerat de animale.
„Sistemul funcționează la o tensiune foarte joasă, iar experimentele noastre nu au arătat dovezi de daune tisulare din cauza efectelor electrice sau termice”, afirmă Fussenegger.
Deși aceste descoperiri sunt promițătoare, dispozitivul nu a fost încă testat pe oameni. Cercetări suplimentare vor fi necesare pentru a determina dacă tehnologia poate funcționa în siguranță și eficient la persoanele cu diabet.
Fussenegger este de părere că tehnologia ar putea reprezenta o schimbare fundamentală în modul în care este gestionat diabetul. În loc să folosească medicamente pentru a influența modul în care organismul procesează glucoza, un dispozitiv electronic ar putea controla direct cantitatea de glucoză disponibilă.
„De zeci de ani, am tratat diabetul spunând organismului cum să gestioneze glucoza. Acum arătăm că putem prelua controlul asupra glucozei direct, folosind electronica în loc de medicamente”, afirmă acesta. „Și catalizatorul se activează doar atunci când nivelurile de glucoză sunt prea ridicate.”
Această abordare creează, de asemenea, oportunități de a conecta tratamentele medicale cu tehnologiile digitale, inclusiv Internetul Lucrurilor. Aceasta se referă la rețele de dispozitive care schimbă informații și răspund automat la condițiile în schimbare.
Cercetătorii își imaginează tratamente controlate electronic care ar putea fi fabricate la scară și integrate în sistemele de sănătate digitale existente.
Obiectivul lor următor este transformarea implantului experimental într-un dispozitiv medical adecvat pentru dezvoltare ulterioară și testare clinică ulterioară.
Un avantaj potențial este mecanismul relativ simplu de conversie a glucozei. Deoarece catalizatorul nu depinde de celule sau enzime, cercetătorii cred că unele dintre provocările tehnice asociate cu tratamentele biologice ar putea fi mai ușor de depășit.
O mare parte din tehnologia de suport este
