Ein Implantat, das den Blutzucker senkt, ohne Insulin abzugeben: Forschende der ETH Zürich haben einen ungewöhnlichen Ansatz zur Behandlung von Typ-2-Diabetes entwickelt. Ihr System nutzt einen elektrisch gesteuerten Katalysator, der überschüssige Glukose im Körper chemisch in Glukonat umwandelt. Dafür setzen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf Graphitfilz, winzige Goldflocken und Platinpartikel.
In Laborversuchen und Tests mit diabetischen Mäusen gelang es bereits, den Glukosespiegel gezielt zu regulieren. Bis die Technik bei Menschen eingesetzt werden kann, sind allerdings noch zahlreiche Fragen offen.
| Diabetes Typ 2 |
| Typ-2-Diabetes ist eine Stoffwechselerkrankung, bei der der Blutzuckerspiegel dauerhaft erhöht ist. Ursache ist meist eine Insulinresistenz: Die Körperzellen reagieren zunehmend schlechter auf das Hormon Insulin. Im weiteren Verlauf kann auch die Insulinproduktion nachlassen. Rund 90 % der Menschen mit Diabetes haben Typ-2-Diabetes. Die Erkrankung tritt häufiger im höheren Lebensalter auf, betrifft aber zunehmend auch jüngere Menschen. |
Wie das elektronische Implantat funktioniert
Der Katalysator des Implantats wandelt überschüssige Glukose im Blut in Glukonat um. Damit wird ein Teil der Glukose dem normalen Glukose-Stoffwechsel entzogen, anstatt im Gewebe aufgenommen und dort gespeichert zu werden. Das wirkt zeitgleich auch der Bildung von Körperfett entgegen. Das umgewandelte Glukonat wird mit dem Urin ausgeschieden.
Gesteuert wird der Katalysator drahtlos über einen geschlossenen Regelkreis. Ein herkömmlicher Blutzuckersensor am Oberarm misst durchgehend den Glukosewert im Gewebe. Solche kontinuierlichen Glukosemesssysteme (CGM) werden bereits in der Diabetesbehandlung eingesetzt und können ihre Messwerte an Smartphones oder Insulinpumpen übertragen. Steigt der Glukosewert nach einer Mahlzeit zu stark an, sendet der Sensor via Bluetooth ein Signal an ein Smartphone oder eine Smartwatch. Das Gerät aktiviert den Katalysator, der mithilfe von elektrischer Energie die Glukose umwandelt. Ist deren Pegel auf den gewünschten Zielwert gesunken, schaltet sich das Gerät automatisch ab. Das soll das Risiko einer Unterzuckerung minimieren.
Gold, Platin und Graphit: Das steckt im Katalysator
Der Katalysator besteht vollständig aus anorganischen Materialien – er funktioniert ohne Zellen, Enzyme oder sonstige biologische Komponenten. Stattdessen besteht er aus Graphitfilz, der mit nanometergroßen Goldflocken und noch kleineren Platinpartikeln bestückt ist. Die Forschenden gaben an, dass alle verwendeten Materialien biokompatibel sind.
Dass sich Glukose auch für andere elektrochemische Anwendungen nutzen lässt, zeigen Forschungsarbeiten zu Zucker-Brennstoffzellen für medizinische Implantate. Forschende der TU München und des MIT entwickelten eine Brennstoffzelle, die Glukose in elektrische Energie umwandelt. Anders als das Implantat der ETH Zürich dient sie allerdings der Stromversorgung und nicht der Blutzuckerregulierung.
Das Implantat enthält zudem eine elektronische Steuereinheit in einem 3D-gedruckten Gehäuse. Die Energieversorgung erfolgt drahtlos über eine international für medizinische und wissenschaftliche Anwendungen vorgesehene Funkfrequenz von 13,56 MHz. Das Implantat arbeitet laut Studie mit einer Spannung von lediglich 7,5 Milliwatt.
Blutzucker normalisiert sich innerhalb einer Stunde
Das System wurde bisher an diabetischen Mäusen getestet. In einem Laborversuch setzte das Forschungsteam auf eine glukosehaltige Nährlösung von fünf Litern, was ungefähr dem Blutvolumen eines erwachsenen Menschen entspricht. Sie zeigten damit, dass der Katalysator leistungsfähig genug ist, um in einem solchen Flüssigkeitsvolumen Glukose erfolgreich abzubauen.
Die Ergebnisse: Der Blutzuckerspiegel der Tiere ließ sich gezielt regulieren und normalisierte sich innerhalb einer Stunde. Über sechs Wochen konnten die Forschenden den Blutzucker durch wiederholte Aktivierung kontrollieren. Dabei konnten sie keine nachweisbaren Unterzuckerungen beobachten. Tests an Menschen stehen noch aus.
«Das System arbeitet mit einer sehr niedrigen Spannung, und unsere Experimente haben gezeigt, dass weder elektrische noch thermische Effekte zu Gewebeschäden führen», sagt Martin Fussenegger, Professor am Departement Biosysteme der ETH Zürich.
Implantat beeinflusst auch den Fettstoffwechsel
Die Studie zeigt nicht nur eine Senkung des Blutzuckers. Die behandelten Mäuse verloren zusätzlich an Gewicht und es konnten niedrigere Triglyceridwerte nachgewiesen werden. Gleichzeitig stiegen die Konzentrationen freier Fettsäuren und Ketonkörper im Blut. Das deutet darauf hin, dass der Stoffwechsel verstärkt auf die Nutzung gespeicherter Fettreserven umgestellt wurde.
Die Gewichtsabnahme ist ein Ergebnis des Mausversuchs. Ob der gleiche Effekt auch beim Menschen auftritt und langfristig gesundheitlich von Vorteil ist, ist noch nicht nachgewiesen.
Kann das Implantat Insulin ersetzen?
Das Implantat der ETH Zürich verfolgt grundsätzlich einen anderen Ansatz als bisher verfügbare Therapien gegen Diabetes. Während die klassische Insulin-Therapie dafür sorgt, dass Glukose aus dem Blut in die Körperzellen aufgenommen wird, entfernt das sogenannte ECHO-System der Schweizer Forschenden die überschüssige Glukose durch eine elektrochemische Reaktion.
Bereits heute ermöglichen moderne Blutzuckermesssysteme eine kontinuierliche Überwachung der Glukosewerte. Bei insulinpflichtigem Diabetes helfen sie, Unter- und Überzuckerungen frühzeitig zu erkennen und die Insulindosis anzupassen.
Der entscheidende Unterschied ist dabei, dass das Implantat den Blutzucker reguliert, ohne dem Körper Insulin oder andere blutzuckersenkende Medikamente zuzuführen.
Bei Menschen mit Typ-1-Diabetes wäre ein Ersatz von Insulin besonders problematisch. Ihr Körper produziert kaum oder gar kein eigenes Insulin. Dieses Hormon wird jedoch nicht nur zur Blutzuckersenkung benötigt, sondern übernimmt weitere wichtige Aufgaben im Stoffwechsel. Eine rein elektrochemische Entfernung von Glukose kann diese Funktionen nicht übernehmen.
Bei Typ-2-Diabetes könnte das Implantat dagegen langfristig eine ergänzende oder alternative Behandlungsmöglichkeit darstellen. Voraussetzung wäre, dass sich Wirksamkeit und Sicherheit auch in klinischen Studien bestätigen.
Was bis zum Einsatz beim Menschen noch fehlt
Bis das Implantat beim Menschen eingesetzt werden könnte, müssen die Forschenden noch mehrere Fragen klären. Dazu gehört unter anderem, ob der Katalysator über Jahre hinweg zuverlässig funktioniert und wie gut das umliegende Gewebe die Materialien verträgt. Auch die Glukoseumwandlung muss sich beim Menschen als ausreichend leistungsfähig erweisen. Die bisherigen Ergebnisse stammen ausschließlich aus Labor- und Tierversuchen. Wann erste klinische Studien beginnen könnten, ist bislang nicht bekannt.
Quellen
- Elektronisches Implantat gegen Diabetes: Wie ein Mini-Katalysator Zucker im Blut abbaut | ETH Zürich
- Wireless electrocatalytic closed-loop system for drug-free management of diabesity | Science
- 7. Diabetes Technology: Standards of Care in Diabetes—2026 | Diabetes Care | American Diabetes Association
- Diabetes Typ 2: Symptome und Behandlung | gesund.bund.de
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