Tägliche Insulininjektionen sind schmerzhaft und unbequem, daher entwickeln Wissenschaftler Implantate, die Diabetes ohne Injektionen behandeln können. Ein neues Implantat sieht besonders vielversprechend aus, da es Sauerstoff produziert, um die implantierten Inselzellen mit Nährstoffen zu versorgen.
Bei den meisten Menschen produzieren die Inselzellen der Bauchspeicheldrüse das Insulin, das zur Aufrechterhaltung eines angemessenen Blutzuckerspiegels erforderlich ist. Leider zerstört das Immunsystem von Menschen mit Typ-1-Diabetes diese Zellen, sodass Insulin manuell in den Blutkreislauf injiziert werden muss.
Eine Alternative zur Insulininjektion ist die Implantation von Inselzellen, die aus Leichen gewonnen oder aus Stammzellen gewonnen werden. Obwohl dies in vielen Fällen funktioniert, müssen Patienten lebenslang Immunsuppressiva einnehmen, um eine Abstoßung dieser Zellen zu verhindern.
Wissenschaftler haben versucht, Inselzellen in winzige, flexible Implantate einzuwickeln, die die Zellen vor dem Immunsystem des Wirts schützen, aber dennoch die Diffusion des von diesen Zellen produzierten Insulins in den Blutkreislauf ermöglichen. Diese Implantate verhindern jedoch auch, dass lebenserhaltender Sauerstoff in die Zellen gelangt, was dazu führt, dass die Zellen nicht so lange leben.
Einige Implantate beheben diesen Mangel durch den Einbau vorgefüllter Sauerstoffkammern oder chemischer Wirkstoffe, die Sauerstoff produzieren. Mit der Zeit gehen jedoch der Sauerstoff und die Reagenzien aufgebraucht, sodass das Implantat ersetzt oder neu gefüllt werden muss.
Ein Team am MIT und am Boston Children's Hospital hat kürzlich ein neues Gerät entwickelt, um nach einer längerfristigen Alternative zu suchen.
Das Gerät beherbergt Hunderttausende Inselzellen und eine Protonenaustauschmembran, die Wasserdampf (der natürlicherweise im menschlichen Körper vorkommt) in Wasserstoff und Sauerstoff trennt. Wasserstoff diffundiert unschädlich, während Sauerstoff in die Speicherkammer des Implantats gelangt. Eine atmungsaktive Membran in der Speicherkammer ermöglicht dann den Sauerstofffluss zur Speicherkammer mit den Inselzellen.
Um die Wasserdampfspaltung auszulösen, ist eine kleine Spannung erforderlich, die drahtlos von einer externen Magnetspule an die Antenne des Implantats übertragen wird. Die Spulen können direkt neben der Implantationsstelle auf die Haut des Patienten geklebt werden.
In Experimenten an diabetischen Mäusen wurde einer Gruppe ein vollständiges Sauerstoff produzierendes Gerät unter die Haut implantiert, während eine andere Gruppe ein nicht sauerstoffproduzierendes Gerät erhielt, das nur Pankreas-Inselzellen enthielt. Während es beiden Nagetiergruppen anfangs gut ging, entwickelte die nicht mit Sauerstoff versorgte Gruppe innerhalb von etwa zwei Wochen eine Hyperglykämie.
Derzeit sind Versuche an größeren Tieren und anschließend klinische Versuche am Menschen geplant. Es besteht die Hoffnung, dass diese Technologie auch zur Herstellung anderer Arten von therapeutischen Proteinen zur Behandlung anderer Krankheiten eingesetzt werden kann. Tatsächlich wurde das Gerät verwendet, um die Produktion von Erythropoietin in den Zellen zu unterstützen, einem Protein, das die Produktion roter Blutkörperchen stimuliert.
„Patienten mit einer Vielzahl von Krankheiten benötigen eine exogene Proteinzufuhr, manchmal sehr häufig“, sagte Daniel Anderson, Professor am MIT und leitender Autor der Studie. „Wenn wir die Notwendigkeit von Infusionen alle zwei Wochen durch ein einziges Implantat ersetzen könnten, das langfristig funktioniert, könnte das meiner Meinung nach vielen Patienten wirklich helfen.“