При диабете в крови остается слишком много сахара. Лекарства могут снизить ее, но организм все равно может хранить избыток энергии в виде жира. Теперь ученые нашли совершенно другой способ: электронный имплант превращает сахар в крови в вещество, которое выводится с мочой. У мышей с диабетом 2 типа уровень сахара в крови упал до нормального уровня всего за один час. Животные также теряли вес и сжигали больше своих жировых запасов – без инсулина или других препаратов, снижающих уровень сахара в крови.
Новый имплантат для диабетиков был разработан учеными из ETH Zurich под руководством биотехнолога Мартина Фюссенеггера. В специализированном журнале Наука они сообщают о крошечном катализаторе с электрическим приводом, который напрямую химически преобразует избыток глюкозы. Уровень сахара в крови мышей можно было неоднократно регулировать в течение шести недель без возникновения опасной гипогликемии. Имеющийся в продаже датчик глюкозы может даже автоматически управлять имплантатом. Технология еще не тестировалась на людях.
Крошечные частицы золота и платины расщепляют сахар.
Внутри имплантата находится пористый материал из графита, покрытый мельчайшими чешуйками золота и еще более мелкими частицами платины. Эта комбинация образует так называемый электрокатализатор. Когда через материал проходит электричество, на его поверхности происходит химическая реакция: глюкоза превращается в глюконат.
Глюконат содержит меньше полезной энергии, чем глюкоза, и может выводиться через почки. Сам катализатор не требует живых клеток, ферментов или других биологических компонентов. По данным ETH Zurich, используемые материалы считаются биосовместимыми. Это означает, что они в целом пригодны для контакта с живой тканью.
Каталитический нейтрализатор работает всего от 0,75 Вольт.
Для работы достаточно напряжения 0,75 Вольта и силы тока 10 миллиампер. Имплантат получает энергию по беспроводной сети через радиочастоту 13,56 мегагерц. Электронный блок управления расположен в специально изготовленном корпусе, напечатанном на 3D-принтере.
Ученые также исследовали работу катализатора вне организма. Для этого они использовали пять литров питательного раствора, содержащего глюкозу. Количество жидкости примерно соответствует объему крови взрослого человека. Даже в таком объеме катализатор смог преобразовать глюкозу. Может ли это действие быть перенесено на человеческий организм, еще не исследовано.
Жировой обмен существенно меняется.
За шесть недель лечения у мышей изменились несколько анализов крови. Особенно заметным было снижение уровня триглицеридов. Эти кровяные жиры служат организму, помимо прочего, энергетическим резервом. При этом увеличились концентрации свободных жирных кислот и кетоновых тел. Последние возникают в первую очередь, когда печень перерабатывает жир для получения энергии.
Ученые заметили три изменения:
- Меньше триглицеридов: Концентрация этих жиров в крови снизилась.
- Еще свободные жирные кислоты: В крови циркулирует повышенный уровень жирных кислот, которые организм может использовать в качестве источника энергии.
- Еще кетоновые тела: Метаболизм все чаще обеспечивал источники энергии из жиров.
Вместе со снижением веса эти изменения предполагают более широкое использование собственных жировых запасов организма. В отличие от чистой передачи сахара крови в клетки организма, часть глюкозы выводится из нормального энергетического обмена. В доступных выдержках из исследований не упоминается конкретная потеря веса в граммах или процентах.
Смартфон самостоятельно регулирует уровень сахара в крови
Электронное управление соединяет имплантат с имеющимся в продаже датчиком для непрерывного измерения уровня глюкозы (CGM). Такие датчики обычно располагаются на плече и регулярно фиксируют содержание сахара в тканевой жидкости. Значения передаются по беспроводной сети на смартфон или умные часы.
Если значение глюкозы превышает заданный предел, система управления включает каталитический нейтрализатор. Если значение падает до желаемого уровня, электрическая активация прекращается. Это означает, что устройство работает только тогда, когда это необходимо. Система называется ECHO, аббревиатура от Электрокаталитическая оптимизация здоровья с замкнутым контуром.
Шесть недель без какого-либо заметного повреждения тканей
Имплантат надежно работал в течение шести недель лечения. Ученые не обнаружили ни вредных воспалительных реакций, ни заметных изменений в поведении. Также не было обнаружено никаких доказательств электрического или термического повреждения тканей.
«Система работает при очень низком напряжении, и наши эксперименты показали, что ни электрические, ни тепловые воздействия не приводят к повреждению тканей», — объясняет Фуссенеггер. Наблюдения до сих пор ограничивались обследованными животными и шестинедельной продолжительностью эксперимента.
В будущем электроника будет контролировать метаболизм сахара
«На протяжении десятилетий мы лечили диабет, рассказывая организму, как обращаться с глюкозой. Теперь мы показываем, что можем контролировать уровень глюкозы напрямую, используя электронику вместо лекарств», — говорит Фюссенеггер.
Однако система все еще нуждается в дальнейшей разработке для использования на людях. Клинические исследования эффективности и долгосрочной переносимости ожидаются. Ученые ETH планируют разработать медицинский продукт на основе прототипа. Многие необходимые для этого компоненты уже доступны, включая датчики и устройства беспроводного управления и электропитания.
Кратко резюмируем:
- Электронный имплант превращает избыток сахара в крови в глюконат, который организм может выводить через почки.
- У мышей с диабетом 2 типа имплантат нормализовал уровень сахара в крови в течение часа; Животные также теряли вес и все чаще использовали жир в качестве источника энергии.
- Система с беспроводным управлением работает без лекарств, снижающих уровень сахара в крови, и была успешно протестирована на мышах в течение шести недель; Исследования на людях до сих пор отсутствуют.
Кстати: Потеря веса не защищает всех в равной степени от диабета. Ученые из Тюбингена обнаружили, что определенные метаболические особенности могут увеличить риск заболеваний, несмотря на долгосрочную потерю веса. Узнайте больше в нашей статье «Почему похудение не защищает всех от диабета».
Изображение: © Unsplash
