Naukowcy z Uniwersytetu Północnej Kalifornii opracowali inteligentny plaster insulinowy, który reaguje na poziom glukozy we krwi, dostarczając hormon, wtedy tylko kiedy jest on potrzebny, bez ryzyka hipoglikemii i bez konieczności nakłuć. Plaster działa do 9 godzin.
Wyniki badań zostały opublikowane wczoraj, 22 czerwca 2015, na łamach magazynu Proceedings of the National Academy of Sciences.
Plaster zawiera inteligentną insulinę, insulinę, która samodzielnie reaguje na wzrost poziomu cukru we krwi i nie wymaga aplikacji przez pacjenta. Plaster jest rozmiaru monety dwuzłotowej i jest całkowicie bezpieczny dla skóry. Dotychczas plaster okazał się skuteczny w kontrolowaniu cukrzycy typu 1 u myszy.
Plaster insulinowy mógłby być z powodzeniem stosowany przez diabetyków typu 1 jak i typu 2.
Inteligentna insulina w plastrach
Wynalazek składa się z dwóch podstawowych elementów – inteligentnej insuliny, która wie kiedy się aktywować, oraz nietoksycznego plastra, który można nosić na skórze do 9 godzin. Taki plaster uwolniłby diabetyków od wielokrotnych zastrzyków, konieczności żmudnego liczenia węglowodanów czy białek i tłuszczy, czy noszenia skomplikowanych pomp insulinowych.
Celem naukowców było stworzenie takiego mechanizmu, który byłby zbliżony do działania komórek beta trzustki, które zależnie od zapotrzebowania organizmu na insulinę, samodzielnie wydzielają hormon.
- Przeczytaj też: Peno plaster do podawania insuliny w wkrótce w produkcji
Z czego zrobiony jest inteligentny plaster insulinowy?
Plaster zawiera 121 mikroigiełek, które dostarczają insulinę do podskórnych naczyń włosowatych. Te mikroigiełki są nie większe niż rzęsa i są napakowane nanocząsteczkami inteligentnej insuliny. Mikroigiełki są zrobione z kwasu hialuronowego. Kwas hialuronowy to substancja całkowicie bezpieczna, wykorzystywana w kosmetyce – na przykład w kremach nawilżających.
„Nasze mikroigiełki to inteligentne mikroigiełki. Reagują na zmiany poziom glukozy we krwi i to wtedy kiedy potrzeba” powiedział, dr Zhen Gu, jeden z liderów tego projektu ”Próbujemy naśladować działanie zdrowych komórek beta trzustki”
Rozmiar plastra jest niewielki – wielkości monety dwuzłotowej. Sam plaster zrobiony jest z silikonu i nie wywołuje reakcji alergicznych i jest nietoksyczny. Jak zapewniają naukowcy, założenie plastra, choć przebija skórę, jest całkowicie bezbolesne. A to dlatego, że igiełki są bardzo cienkie.
Dr Gu uważa, ze w przyszłości taki plaster będzie dostosowywał ilość insuliny nie tylko do poziomu glukozy we krwi, ale i do indywidualnej wagi, oraz wrażliwości na insulinę pacjenta.
Inteligentna insulina – jak działa?
Drugi element układanki to insulina. Inteligentna insulina to insulina, która aktywuje się pod wpływem zawartości glukozy we krwi, więc działa tylko wtedy kiedy jest potrzebna i tylko w takim stopniu, w jakim potrzeba, aby obniżyć poziom glukozy we krwi. Wiele ośrodków badawczych pracuje już nad takim rozwiązaniem, ale tutaj pierwszy raz połączono ją z plastrem, który stałe dostarcza ją do organizmu.
Badacze wzbogacili zwykłą insulinę w kryształkach nanocząsteczkami enzymu o nazwie oksydaza glukozowa. Enzym ten jest wykorzystywany powszechnie w glukometrach. Insulinę zamknięto w ‘bąbelkach’ zrobionych z kwasu hialuronowego (HI), wzbogaconego w substancję o nazwie 2-nitroimidazol (NI). NI to substancja jest hydrofobiczna (nie łączy się z wodą), kiedy poziom tlenu jest wysoki, i przechodzi w postać hydrofilową (łączącą się z wodą), kiedy poziom tlenu spada.
Kiedy poziom glukozy we krwi wzrasta powyżej ustalonego o poziom, oksydaza glukozowa ‘pożera tlen’, przez co otoczenie cząsteczek ulega lokalnemu niedotlenieniu, 2-nitroimidazol staje się hydrofilowy i uwalnia insulinę.
Badania na myszach
Naukowcy przebadali wynalazek na myszach. Jednej grupie myszy zaaplikowano zwykłą insulinę, drugiej – plaster z mikroigełkami i inteligentną insuliną. W pierwszej grupie myszy leczonych zwykłym zastrzykiem, poziom cukru najpierw spadł, ale potem powrócił do wysokiego poziomu. U myszy, którym założono plaster, poziom glikemii spadł w ciągu 30 minut od aplikacji i utrzymał się na pożądanym poziomie przez kilka godzin!
Badacze odkryli też, że zależnie od proporcji enzymu oksydazy glukozowej, mogą łatwo regulować poziom, na jakim cukier powinien się utrzymywać, co wyeliminowało ryzyko hipoglikemii.
Naukowcy uważają, że u ludzi plaster działaby jeszcze dłużej, nawet do kilku dni, gdyż ludzie są bardziej wrażliwi na insulinę, niż myszy.
Ograniczenia inteligentnego plastra insulinowego
Mimo szczerych chęci, plaster nie jest w stanie całkowicie zastąpić zastrzyków, gdyż insulina działa dopiero wtedy kiedy poziom cukru we krwi jest podwyższony, a nie wtedy, kiedy planujemy lub zaczynamy posiłek. Co więcej, potrzeba minimum 30 min, aby w pełni zadziała.
Ludzka trzustka zaś zaczyna produkcję inuliny dużo wcześniej – jak tylko zasiadamy do posiłku. A to sprawia, że aby uniknąć skoku glikemii po posiłku, nadal należałby wykonać zastrzyk. Rozwiązaniem tego problemu byłoby wynalezienie insuliny, która działa ultra szybko.
Z drugiej strony, użyteczny były również plaster z glukagonem, aby zapobiec spadkom glikemii w wysiłku fizyczny.
Mimo to, plaster w takiej postaci pomógłby wielu diabetykom, zmniejszył ilość nakłuć i pozwolił dużo łatwiej kontrolować glikemię
Kiedy plaster insuliny na rynku?
Teraz naukowcy planują badania plastra insulinowego na świniach. Skóra świń w budowie przypomina ludzką, więc jeśli plaster z insuliną będzie działał u tych zwierzaków, jest szansa, że zadziała i u ludzi.
Aby w pełni go przebadać i dopuścić do użytku, trzeba będzie poczekać jeszcze minimum 5 lat.
