Διαβήτης τύπου 2: Πειραματικό ηλεκτρονικό εμφύτευμα μειώνει το σάκχαρο και το βάρος

Ένα πειραματικό ηλεκτρονικό εμφύτευμα θα μπορούσε να προσφέρει έναν εντελώς διαφορετικό τρόπο αντιμετώπισης του διαβήτη τύπου 2. Αντί να βασίζεται στην ινσουλίνη ή σε συμβατικά φάρμακα, χρησιμοποιεί ηλεκτρική ενέργεια για να μετατρέπει την περίσσεια γλυκόζης σε μια ουσία που μπορεί να αποβληθεί από τον οργανισμό. Σε αρχικές δοκιμές σε διαβητικά ποντίκια, η τεχνολογία ρύθμισε με επιτυχία το σάκχαρο και οδήγησε επίσης σε απώλεια βάρους.

Η εξέλιξη αυτή έρχεται σε μια περίοδο κατά την οποία ο διαβήτης τύπου 2 αφορά όλο και περισσότερους ανθρώπους παγκοσμίως. Σε αντίθεση με τον διαβήτη τύπου 1, ο τύπος 2 συνδέεται συχνά με την παχυσαρκία, την περιορισμένη σωματική δραστηριότητα και την κατανάλωση περισσότερης ενέργειας από όση χρειάζεται ο οργανισμός για μεγάλο χρονικό διάστημα.

Οι ενέσεις ινσουλίνης μπορούν να μειώσουν το σάκχαρο, βοηθώντας τα μυϊκά κύτταρα να απορροφήσουν γλυκόζη από το αίμα. Ωστόσο, η ινσουλίνη δεν αντιμετωπίζει το υποκείμενο πρόβλημα της περίσσειας ενέργειας. Όταν ο οργανισμός δεν χρησιμοποιεί τη γλυκόζη που απορροφά, το πλεόνασμα μπορεί τελικά να μετατραπεί σε λίπος. Αυτό εξηγεί εν μέρει γιατί ορισμένοι άνθρωποι με διαβήτη συνεχίζουν να παίρνουν βάρος παρά τη θεραπεία.

Ερευνητές με επικεφαλής τον Martin Fussenegger, καθηγητή στο Τμήμα Επιστήμης και Μηχανικής Βιοσυστημάτων του ETH Zurich στη Βασιλεία, ανέπτυξαν ένα εμφύτευμα που επιχειρεί να αντιμετωπίσει το πρόβλημα με διαφορετικό τρόπο. Τα ευρήματά τους δημοσιεύτηκαν στο περιοδικό Science.

Πώς λειτουργεί η θεραπεία του διαβήτη με ηλεκτρική ενέργεια

Ο Fussenegger και οι συνεργάτες του αναπτύσσουν εδώ και χρόνια τεχνολογίες για τον έλεγχο του σακχάρου. Τα προηγούμενα σχέδιά τους βασίζονταν σε γενετικά δίκτυα που είχαν τροποποιηθεί, αλλά απαιτούσαν ζωντανά κύτταρα και άλλα βιολογικά υλικά.

Η εξάρτηση από τέτοια συστατικά δημιουργούσε αρκετές δυσκολίες, μεταξύ των οποίων ζητήματα ανοσολογικής συμβατότητας, μακροχρόνιας σταθερότητας, παραγωγής και κανονιστικής έγκρισης.

Τώρα, οι ερευνητές ακολούθησαν διαφορετική προσέγγιση, δημιουργώντας έναν καταλύτη αποκλειστικά από ανόργανα υλικά. Ο καταλύτης λειτουργεί χωρίς ζωντανά κύτταρα, ένζυμα ή άλλα βιολογικά συστατικά.

Στο κέντρο του εμφυτεύματος βρίσκεται ένα κομμάτι τσόχας γραφίτη, καλυμμένο με μικροσκοπικές συστάδες χρυσού. Οι δομές χρυσού έχουν επικάλυψη από ακόμη μικρότερα σωματίδια πλατίνας. Έτσι δημιουργείται μια ειδικά σχεδιασμένη επιφάνεια, η οποία επιτρέπει τη χημική αντίδραση που χρειάζεται για την επεξεργασία της γλυκόζης.

Οι ερευνητές σχεδίασαν οι ίδιοι αυτή την επιφάνεια νανοκλίμακας. Σύμφωνα με τον Fussenegger, τα υλικά παρουσίασαν επίσης εξαιρετική βιοσυμβατότητα στις πειραματικές δοκιμές, γεγονός που υποδηλώνει ότι μπορούν να αλληλεπιδρούν με ζωντανούς ιστούς χωρίς να προκαλούν σημαντικές ανεπιθύμητες αντιδράσεις.

Το σύστημα περιλαμβάνει έναν ηλεκτρονικό ελεγκτή μέσα σε περίβλημα κατασκευασμένο με τρισδιάστατη εκτύπωση. Αντί να τροφοδοτείται μέσω συμβατικής ενσύρματης σύνδεσης, το εμφύτευμα λαμβάνει ενέργεια ασύρματα, σε συχνότητα 13,56 MHz. Η συγκεκριμένη συχνότητα έχει διατεθεί διεθνώς για βιομηχανικές, επιστημονικές και ιατρικές εφαρμογές.

Πώς το εμφύτευμα απομακρύνει την περίσσεια σακχάρου

Η τεχνολογία μετατρέπει την περίσσεια γλυκόζης σε γλυκονικό άλας, μια ουσία που μπορεί να αποβληθεί από τον οργανισμό μέσω των ούρων.

Υπό φυσιολογικές συνθήκες, η γλυκόζη παρέχει ενέργεια στα κύτταρα. Όταν υπάρχει περισσότερη από όση χρειάζεται ο οργανισμός, μέρος αυτής της περίσσειας ενέργειας μπορεί τελικά να αποθηκευτεί ως λίπος. Μετατρέποντας ένα μέρος της γλυκόζης σε γλυκονικό άλας, το εμφύτευμα εμποδίζει αυτό το τμήμα να μεταβολιστεί και να αποθηκευτεί στους ιστούς, κάτι που θα μπορούσε να συμβάλει στον περιορισμό της συσσώρευσης λίπους.

Η διαδικασία έχει σχεδιαστεί ώστε να γίνεται αυτόματα και να ανταποκρίνεται στις μεταβολές του σακχάρου τη στιγμή που συμβαίνουν.

Ένας συμβατικός αισθητήρας γλυκόζης, παρόμοιος με αυτούς που φορούν πολλοί άνθρωποι με διαβήτη στο πάνω μέρος του βραχίονα, μετρά συνεχώς τη συγκέντρωση γλυκόζης στους ιστούς. Όταν τα επίπεδα αυξηθούν υπερβολικά, για παράδειγμα μετά από ένα γεύμα, ο αισθητήρας επικοινωνεί μέσω Bluetooth με ένα smartphone ή smartwatch.

Η συνδεδεμένη συσκευή ενεργοποιεί τότε το εμφύτευμα και του παρέχει την ηλεκτρική ενέργεια που χρειάζεται ο καταλύτης για να μετατρέψει τη γλυκόζη σε γλυκονικό άλας.

Όταν τα επίπεδα γλυκόζης επιστρέψουν στο επιθυμητό εύρος, το εμφύτευμα απενεργοποιείται αυτόματα. Αυτό το σύστημα ανάδρασης, γνωστό ως έλεγχος κλειστού βρόχου, έχει σχεδιαστεί για να αποτρέπει την επικίνδυνη πτώση του σακχάρου.

Ρύθμιση σακχάρου και απώλεια βάρους σε διαβητικά ποντίκια

Για να αξιολογήσουν την τεχνολογία, οι ερευνητές πραγματοποίησαν αρχικά εργαστηριακό πείραμα με μια δεξαμενή που περιείχε 5 λίτρα θρεπτικού διαλύματος με γλυκόζη. Ο όγκος αυτός είναι περίπου ίσος με την ποσότητα αίματος που κυκλοφορεί στο σώμα ενός ενήλικα.

Το πείραμα έδειξε ότι ο καταλύτης μπορούσε να μετατρέψει τη γλυκόζη σε διάλυμα αυτού του όγκου, ένα σημαντικό βήμα για την αξιολόγηση των πιθανών ιατρικών εφαρμογών της τεχνολογίας.

Στη συνέχεια, οι ερευνητές εμφύτευσαν το σύστημα σε διαβητικά ποντίκια. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η συσκευή μπορούσε να ρυθμίζει με ακρίβεια τα επίπεδα σακχάρου των ζώων. Τα ποντίκια έχασαν επίσης βάρος, γεγονός που υποδηλώνει ότι η μετατροπή της περίσσειας γλυκόζης, αντί να συμβάλλει στην αποθήκευσή της ως λίπους, θα μπορούσε να προσφέρει επιπλέον μεταβολικό όφελος.

Κατά τη διάρκεια έξι εβδομάδων δοκιμών, το εμφύτευμα συνέχισε να λειτουργεί αξιόπιστα και έγινε καλά ανεκτό από τα ζώα.

«Το σύστημα λειτουργεί με πολύ χαμηλή τάση και τα πειράματά μας δεν έδειξαν ενδείξεις βλάβης στους ιστούς από ηλεκτρικές ή θερμικές επιδράσεις», λέει ο Fussenegger.

Παρά τα ενθαρρυντικά ευρήματα, η συσκευή δεν έχει δοκιμαστεί ακόμη σε ανθρώπους. Χρειάζεται περαιτέρω έρευνα για να διαπιστωθεί αν η τεχνολογία μπορεί να λειτουργήσει με ασφάλεια και αποτελεσματικότητα σε άτομα με διαβήτη.

Μπορούν τα ηλεκτρονικά να αλλάξουν τη θεραπεία του διαβήτη;

Ο Fussenegger εκτιμά ότι η τεχνολογία θα μπορούσε να αλλάξει ριζικά τον τρόπο διαχείρισης του διαβήτη. Αντί να χρησιμοποιούνται φάρμακα για να επηρεαστεί ο τρόπος με τον οποίο ο οργανισμός επεξεργάζεται τη γλυκόζη, μια ηλεκτρονική συσκευή θα μπορούσε να ελέγχει άμεσα την ποσότητα γλυκόζης που είναι διαθέσιμη.

«Εδώ και δεκαετίες αντιμετωπίζουμε τον διαβήτη λέγοντας στον οργανισμό πώς να διαχειριστεί τη γλυκόζη. Τώρα δείχνουμε ότι μπορούμε να ελέγξουμε άμεσα τη γλυκόζη, χρησιμοποιώντας ηλεκτρονικά μέσα αντί για φάρμακα», λέει. «Και ο καταλύτης ενεργοποιείται μόνο όταν τα επίπεδα γλυκόζης είναι υπερβολικά υψηλά».

Η προσέγγιση δημιουργεί επίσης δυνατότητες διασύνδεσης των θεραπειών με ψηφιακές τεχνολογίες, όπως το Διαδίκτυο των Πραγμάτων. Ο όρος αφορά δίκτυα συσκευών που ανταλλάσσουν πληροφορίες και ανταποκρίνονται αυτόματα στις μεταβαλλόμενες συνθήκες.

Οι ερευνητές οραματίζονται θεραπείες ηλεκτρονικού ελέγχου που θα μπορούν να παράγονται σε μεγάλη κλίμακα και να ενσωματώνονται σε υπάρχοντα ψηφιακά συστήματα υγείας.

Επόμενος στόχος τους είναι να μετατρέψουν το πειραματικό εμφύτευμα σε ιατρική συσκευή, κατάλληλη για περαιτέρω ανάπτυξη και μελλοντικές κλινικές δοκιμές.

Ένα πιθανό πλεονέκτημα είναι ο σχετικά απλός μηχανισμός μετατροπής της γλυκόζης. Καθώς ο καταλύτης δεν βασίζεται σε κύτταρα ή ένζυμα, οι ερευνητές εκτιμούν ότι ορισμένες τεχνικές δυσκολίες που σχετίζονται με τις βιολογικές θεραπείες θα μπορούσαν να ξεπεραστούν ευκολότερα.

Επιπλέον, μεγάλο μέρος της υποστηρικτικής τεχνολογίας είναι ήδη διαθέσιμο. Τα συστήματα ασύρματης μετάδοσης ενέργειας και οι εξωτερικοί ηλεκτρονικοί ελεγκτές κυκλοφορούν ήδη στην αγορά, επομένως η ερευνητική ομάδα δεν θα χρειαστεί να αναπτύξει κάθε εξάρτημα από την αρχή.

Αν μελλοντικές μελέτες δείξουν αντίστοιχα οφέλη σε ανθρώπους, η προσέγγιση θα μπορούσε να ανοίξει τον δρόμο για μια νέα κατηγορία θεραπειών, στις οποίες έξυπνες ηλεκτρονικές συσκευές θα βοηθούν στην άμεση ρύθμιση του σακχάρου και ενδεχομένως θα μειώνουν την εξάρτηση από τα συμβατικά φάρμακα. Οι αποφάσεις για τη θεραπεία του διαβήτη λαμβάνονται σε συνεργασία με τον γιατρό.