Araştırmacılar, kandaki fazla glikozu temizleyen implant edilebilir bir sistem geliştirdi.
Tip 2 diyabet dünya genelinde giderek daha yaygın hale geliyor. Tip 1 diyabetten farklı olarak, çoğu zaman obezite, hareketsiz yaşam tarzı ve yıllar süren aşırı enerji alımıyla ilişkilendiriliyor.
İnsulin enjeksiyonları kan şekerini düşürebilse de, vücudun kronik fazla enerji durumunu çözmiyor. İnsulin yalnızca kas hücrelerinin kan dolaşımından glikoz almasına yardımcı oluyor; ancak vücut bu enerjiyi kullanmazsa, fazla kısım yağ dönüştürülüyor. Bu da birçok hastanın tedavie rağmen kilo almaya devam etmesini açıklamaya yardımcı oluyor.
Şimdi, Martin Fussenegger önderliğinde bir ekip, diyabeti tedavi için potansiyel yeni bir yol geliştirdi: Elektrikle çalışan bir katalizör kullanarak kan glikozunu düşüren implant edilebilir bir sistem. Fussenegger, Basel’deki ETH Zurich biyosistem bilimi ve mühendisliği bölümünde profesör.
Ekibin bulguları Science dergisinde yayımlandı.
Yıllardır Basel merkezli araştırmacılar, kan şekerini düzenleyen sistemlerle diyabetle başa çıkmanın yollarını araştırıyordu. Erken yaklaşımlar, özel olarak geliştirilen genetik ağlara dayanıyordu. Ancak bu sistemler biyolojik bileşenlere dayanıyor; bu da bağışıklık toleransı, kararlılık, üretim ve düzenleyici onay gibi alanlarda ek zorluklar oluşturuyor.
Yeni sistem, tamamen inorganik malzemelerden üretilen ve hücre, enzim veya başka biyolojik bileşen gerektirmeyen bir katalizörle bu sorunu ortadan kaldırıyor. Grafit keçe; üzerinde daha küçük platin parçacıklarıyla kaplı, kendileri de altın nanokümelerle süslenmiş halde bulunuyor. Malzemeler deney çalışmasında mükemmel biyotutarlılık gösterdi, diyor Fussenegger. Ekip, katalizörün nano yapılı yüzeyini kendisi geliştirdi.
Implant, aynı zamanda 3D yazıcıyla üretilmiş bir kılıf içinde yer alan bir elektronik kontrol ünitesi de içeriyor. Güç, uluslararası olarak endüstriyel, bilimsel ve tıbbi uygulamalar için ayrılmış olan 13.56 MHz frekansında kablosuz olarak sağlanıyor.
Katalizör, kandaki fazla glikozu glikonat’a dönüştürür. Bu, glikozun bir kısmının artık metabolize edilip dokuda depolanmaması anlamına gelir ve bu da vücut yağının birikmesinin sınırlandırılmasına yardımcı olur. Ardından glikonat idrar yoluyla atılır.
Katalizör, kapalı devre bir sistem üzerinden kablosuz olarak kontrol edilir. Diyabet hastalarının kolda sıkça taşıdığı gibi standart bir glikoz sensörü, dokudaki glikoz seviyelerini sürekli olarak izler. Bir öğünden sonra kan şekeri çok yükselirse, sensör Bluetooth üzerinden bir akıllı telefona veya akıllı saate sinyal gönderir. Akıllı cihaz ardından katalizörü aktive eder ve katalizör glikozu dönüştürmek için elektrik enerjisini kullanır. Glikoz seviyeleri istenilen düzeye düştüğünde cihaz otomatik olarak kendini kapatır ve hastaları tehlikeli derecede düşük kan şekerinden korur.
Laboratuvar deneyinde Fussenegger’in ekibi, sistemi beş litrelik, glikoz içeren besin çözeltisini içeren bir haznede test etti—bu, insan vücudundaki kan hacmine yaklaşık olarak denk gelir. Sistem bu hacimdeki çözeltideki glikozu dönüştürebilme yeteneğine sahipti. Araştırmacılar sistemi diyabetik farelerde de test etti ve hayvanların kan şekerinin hassas şekilde düzenlenebildiğini buldu. Fareler kilo verdi, implant iyi tolere edildi ve altı haftalık bir dönemde güvenilir şekilde çalıştı.
Fussenegger bu yaklaşımı, geleneksel ilaçlardan uzaklaşan ve İnternet of Things gibi dijital ortamlara entegre edilebilen, ölçeklenebilir, elektronik kontrollü tedavilere doğru bir paradigma değişimi olarak görüyor.
Ekip, şimdi bu sistemi bir tıbbi cihaza dönüştürmeyi planlıyor. Şeker düşürücü mekanizmanın hücre veya enzim olmadan çalışması, teknik geliştirmenin daha basit olabileceğini gösteriyor.
Bir diğer avantaj ise, böyle bir cihazın yapımında gereken bileşenlerin—harici kontrol ve kablosuz enerji iletimi cihazları dahil—zaten geliştirilmiş ve ticari olarak mevcut olmasıdır.
Kaynak: ETH Zurich
