Patienten empfinden die Spritze zur Kontrolle des Insulinspiegels oft als lästig – das kann die Compliance gefährden. MIT-Ingenieure haben nun ein implantierbares Gerät entwickelt, das eine spritzenfreie Kontrolle ermöglichen soll.
Ein neuer Ansatz zur Behandlung von Typ-1-Diabetes ist die Implantation von Inselzellen der Bauchspeicheldrüse, die bei Bedarf Insulin produzieren können, was die Patienten von häufigen Insulininjektionen befreien kann. Ein großes Hindernis bei diesem Ansatz ist jedoch, dass den Zellen nach der Implantation irgendwann der Sauerstoff ausgeht und sie kein Insulin mehr produzieren.
Um diese Hürde zu überwinden, haben MIT-Ingenieure ein neues implantierbares Gerät entwickelt, das nicht nur Hunderttausende von insulinproduzierenden Inselzellen trägt, sondern auch eine eigene Sauerstofffabrik an Bord hat. „Man kann sich dies als ein lebendes medizinisches Gerät vorstellen, das aus menschlichen Zellen besteht, die Insulin absondern, zusammen mit einem elektronischen Lebenserhaltungssystem. Wir sind optimistisch, dass diese Technologie letztendlich den Patienten helfen könnte“, sagt Prof. Daniel Anderson, Hauptautor der Studie.
Der Fokus der Forscher liegt zwar auf der Behandlung von Diabetes, aber diese Art von Gerät könne auch für die Behandlung anderer Krankheiten angepasst werden, die eine wiederholte Verabreichung von Therapeutika erfordern.
Das Insulinspritzen entspricht nicht der natürlichen Fähigkeit des Körpers, den Blutzuckerspiegel zu kontrollieren. „Die große Mehrheit der insulinpflichtigen Diabetiker spritzt sich Insulin und tut ihr Bestes, aber sie haben keine gesunden Blutzuckerwerte“, sagt Anderson. „Wenn man sich ihre Blutzuckerwerte ansieht, können sie selbst bei Menschen, die sich sehr bemühen, vorsichtig zu sein, nicht mit dem mithalten, was eine lebende Bauchspeicheldrüse leisten kann.“
Eine bessere Alternative wäre die Transplantation von Zellen, die Insulin produzieren, sobald sie einen Anstieg des Blutzuckerspiegels des Patienten feststellen. Einigen Diabetespatienten wurden Inselzellen aus menschlichen Leichen transplantiert, mit denen die Zuckerkrankheit langfristig unter Kontrolle gebracht werden kann; allerdings müssen diese Patienten Immunsuppressiva einnehmen, damit ihr Körper die implantierten Zellen nicht abstößt.
Das Team verfolgte einen Ansatz, der potenziell unbegrenzt Sauerstoff erzeugen könnte: die Spaltung von Wasser. Dies geschieht mithilfe einer Protonenaustauschmembran – einer Technologie, die ursprünglich zur Erzeugung von Wasserstoff in Brennstoffzellen eingesetzt wurde – die sich im Gerät befindet. Diese Membran kann Wasserdampf in Wasserstoff, der harmlos wegdiffundiert, und Sauerstoff aufspalten, der über eine dünne, sauerstoffdurchlässige Membran in eine Speicherkammer gelangt, die die Inselzellen versorgt.
Ein wesentlicher Vorteil dieses Ansatzes besteht darin, dass keine Drähte oder Batterien erforderlich sind. Für die Aufspaltung des Wasserdampfs ist eine geringe Spannung (etwa 2 Volt) erforderlich, die durch induktive Resonanzkopplung erzeugt wird. Eine abgestimmte Magnetspule, die sich außerhalb des Körpers befindet, überträgt die Spannung an eine kleine, flexible Antenne im Gerät und ermöglicht so eine drahtlose Energieübertragung. Das Gerät benötigt eine externe Spule, die nach Ansicht der Forscher als Pflaster auf der Haut des Patienten getragen werden könnte.
Im Modell mit diabetischen Mäusen erhielt eine Gruppe von Mäusen das Gerät mit der sauerstofferzeugenden, wasserspaltenden Membran, während die andere Gruppe ein Gerät erhielt, das Inselzellen ohne zusätzlichen Sauerstoff enthielt. Die Geräte wurden Mäusen mit voll funktionsfähigem Immunsystem direkt unter die Haut implantiert. Die Forscher stellten fest, dass die Mäuse, denen das sauerstofferzeugende Gerät implantiert wurde, einen normalen Blutzuckerspiegel aufrechterhalten konnten, vergleichbar mit gesunden Tieren. Mäuse, die das Gerät ohne Sauerstoffzufuhr erhielten, wurden jedoch innerhalb von etwa zwei Wochen hyperglykämisch.
Wenn ein medizinisches Gerät in den Körper implantiert wird, führt der Angriff des Immunsystems in der Regel zur Bildung von Narbengewebe, das die Wirksamkeit des Geräts beeinträchtigen kann. Diese Art von Narbengewebe bildete sich um die in dieser Studie verwendeten Implantate, aber der Erfolg des Geräts bei der Kontrolle des Blutzuckerspiegels deutet darauf hin, dass das Insulin immer noch aus dem Gerät heraus und die Glukose in das Gerät hinein diffundieren konnte. Die Forscher hoffen nun, eine größere Version des Geräts, etwa so groß wie ein Kaugummi, zu entwickeln, das schließlich an Menschen mit Typ-1-Diabetes getestet werden könnte.
Dieser Text basiert auf einer Pressemitteilung des Massachusetts Institut für Technologie. Die Originalpublikation haben wir euch hier verlinkt.
Bildquelle: Dennis Klicker, Unsplash
