При диабете 1 типа организм человека не вырабатывает инсулин. Поэтому такие пациенты должны получать гормон извне, чтобы регулировать уровень сахара в крови. В настоящее время для этого в основном используются инсулиновые устройства, которые крепятся непосредственно к телу. Такие устройства, а также другие медицинские приборы, например, кардиостимуляторы, требуют надежного энергоснабжения, которое в настоящее время обеспечивается в основном за счет питания от одноразовых или перезаряжаемых батарей.
Группа исследователей под руководством Мартина Фуссенеггера профессора Цюрихского технологического института воплотила в жизнь, казалось бы, футуристическую идею. Они разработали имплантируемый элемент, использующий избыток сахара в крови (глюкозы) из тканей для выработки электрического заряда. Исследователи объединили свое новое устройство с искусственными бета-клетками, разработанными их же группой несколько лет назад.
Искусственные клетки вырабатывают инсулин одним нажатием кнопки и эффективно снижают уровень глюкозы в крови, подобно своим естественным собратьям в поджелудочной железе. Исследователи описали свое изобретение в журнале Advanced Materials. "Многие люди потребляют больше углеводов, чем им необходимо в повседневной жизни", - объясняет Фуссенеггер. "Что приводит к ожирению, диабету и сердечно-сосудистым заболеваниям. Это натолкнуло нас на мысль использовать избыточную метаболическую энергию для производства энергии для питания биомедицинских устройств", - сказал он.
В основе данного устройства лежит анод (электрод) из наночастиц на основе меди, который команда Фуссенеггера разработала специально для него. Анод состоит из наночастиц на основе меди и расщепляет глюкозу на глюконовую кислоту и передает в протон для выработки электричества, тем самым приводя в движение электрическую цепь. Устройство обернуто в нетканый материал и покрыто альгинатом, продуктом водорослей, одобренным для использования в медицине. Оно напоминает маленький чайный пакетик, который можно имплантировать под кожу. Альгинат впитывает жидкость из организма и позволяет глюкозе переходить из ткани в элемент внутри. Устройство соединили с капсулой, содержащей искусственные бета-клетки. Их можно стимулировать для выработки инсулина с помощью электрического заряда или синего светодиодного света. Фуссенеггер и его коллеги уже протестировали такие клетки-конструкторы в работе, опубликованной в журнале Science в 2016 году.
Система сочетает в себе устойчивое производство энергии и контролируемую доставку инсулина. Как только устройство регистрирует избыток глюкозы, оно начинает вырабатывать энергию. Затем эта энергия используется для стимулирования клеток к выработке и выбросу инсулина в кровь. В результате сахар в крови снижается до нормального уровня. Как только он опускается ниже определенного порогового значения, производство электроэнергии и инсулина прекращается.
Энергии, вырабатываемой топливным элементом, достаточно не только для стимуляции клеток-конструкторов, но и для обеспечения связи имплантированной системы с внешними устройствами, такими как смартфон. Это позволяет потенциальным пользователям регулировать работу системы через соответствующее приложение. Врач также может получить к ней удаленный доступ и внести коррективы. "Новая система автономно регулирует уровень инсулина и глюкозы в крови и в будущем может быть использована для лечения диабета", - говорит Фуссенеггер.
Это устройство пока что является лишь прототипом. Исследователи успешно испытали ее на мышах, но им еще пока что не удалось превратить ее в продукт массового производства. "Вывод такого устройства на рынок выходит за рамки наших финансовых и человеческих ресурсов, - говорит Фуссенеггер. Для этого нужен промышленный партнер с соответствующими ресурсами".
Подписывайтесь на Телеграм
Еще от Аммиак: