Innovatives Implantat 20.09.2023, 07:00 Uhr

Zeitenwende für Menschen mit Diabetes

Ein amerikanisches Forschungsteam hat ein Implantat entwickelt, das die Insulin-Produktion der Bauchspeicheldrüse ersetzen könnte. Und das wäre nur der erste Schritt. Weitere Anwendungsgebiete für anderen Erkrankungen wären denkbar.

Implantate

Implantate mit eigener Sauerstoffversorgung könnten die Lösung für eine Dauermedikation sein.

Foto: Felice Frankel/MIT

Bei gesunden Menschen produziert die Bauchspeicheldrüse Insulin. Das wiederum funktioniert für den Zucker im Blut wie ein Schlüssel: Insulin schließt die Türen der Zellen auf, und der Zucker kann hineingelangen – der Blutzuckerspiegel sinkt. Das ist unverzichtbar, damit die Zellen mit wichtiger Energie versorgt werden. Gleichzeitig ist es wichtig, dass der Blutzuckerspiegel nicht dauerhaft zu hoch ist. Denn das würde, vereinfacht gesagt, zu Ablagerungen führen, die viele Folgeerkrankungen mit sich bringen. Betroffene mit einem gestörten Zuckerstoffwechsel müssen daher darauf achten, dass sich ihr Blutzuckerspiegel im richtigen Bereich bewegt. Personen mit genetisch bedingtem Diabetes (Diabetes mellitus Typ 1) und auch viele Menschen, die Diabetes erst im Laufe des Lebens bekommen haben (Diabetes mellitus Typ 2) müssen dafür Insulin von außen zuführen. Dafür stimmen sie die Insulin-Menge auf die Ernährung ab. Das ist allerdings umständlich und kann die Prozesse, die in einem gesunden Körper ablaufen, doch nicht annähernd imitieren.

„Die große Mehrheit der insulinpflichtigen Diabetiker spritzt sich Insulin und tut ihr Bestes, aber sie haben keine gesunden Blutzuckerwerte“, sagt Daniel Anderson, Professor in der Abteilung für Chemieingenieurwesen des MIT, Mitglied des Koch Institute for Integrative Cancer Research und des Institute for Medical Engineering and Science (IMES) des MIT. Zahlreiche Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen arbeiten daher daran, das Insulin auf einem anderen Weg in den Körper zu bringen. Das MIT verkündet jetzt einen Durchbruch.

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Implantat wird vom Immunsystem bekämpft

Viel ist schon versucht worden, etwa die Transplantation von insulinproduzierenden Zellen oder der Einsatz von Insellzellen (die in der Bauchspeicheldrüse für die Insulin-Produktion zuständig sind), die aus Stammzellen gewonnen wurden. Beide Verfahren haben jedoch den Nachteil, dass die Patienten und Patientinnen dauerhaft Immunsupressiva einnehmen müssen, was mit erheblichen Nebenwirkungen verbunden ist.

Das lässt sich vermeiden, wenn die transplantierten Zellen in eine Art flexible Vorrichtung eingekapselt werden, welche die Zellen vor Angriffen des Immunsystems schützt. Dabei entsteht jedoch ein neues Problem: Diese eingekapselten Zellen benötigen eine zuverlässige Sauerstoffzufuhr, und zwar dauerhaft. Das heißt, eine Sauerstoffkammer wäre keine Lösung, da sie regelmäßig neu befüllt werden müsste. Andere Forschende haben versucht, Stoffe einzusetzen, die Sauerstoff unter bestimmten Bedingungen erzeugen können, aber auch diese Stoffe gehen früher oder später zur Neige. Das MIT-Team verkündet jetzt einen neuen Ansatz: ein Implantat, das eine eigene Sauerstofffabrik enthält.

Erkenntnisse aus der Energiebranche: Spaltung von Wasser

Das Prinzip ist Ingenieuren und Ingenieurinnen aus der Energiebranche wohlbekannt: Wasser besteht aus Wasserstoff und Sauerstoff. Um Wasserstoff zu gewinnen, werden die Moleküle aufgespalten. Genau dieses System haben die Forschenden auf das Implantat übertragen. Der Unterschied besteht darin, dass sie den Energieträger Wasserstoff nicht benötigen, sondern den lebenswichtigen Sauerstoff. Konkret verwenden sie eine Protonenaustauschmembran – eine Technologie, die ursprünglich zur Erzeugung von Wasserstoff in Brennstoffzellen eingesetzt wurde. Diese Membran kann Wasserdampf, der im Körper reichlich vorhanden ist, in Wasserstoff und Sauerstoff aufspalten. Der Sauerstoff gelangt durch eine durchlässige Membran in einer Speicherkammer, die als Versorgung für die Inselzellen dient. Der Wasserstoff fundiert übrigens problemlos weg.

Drähte oder Batterien sind für dieses System nicht erforderlich. Für die Aufspaltung des Wasserdampfs reicht eine geringe Spannung von etwa zwei Volt, die durch ein Phänomen erzeugt wird, das als induktive Resonanzkopplung bekannt ist: Eine abgestimmte Magnetspule, die sich außerhalb des Körpers befindet, überträgt die Spannung an eine kleine, flexible Antenne im Gerät und ermöglicht so eine drahtlose Energieübertragung. Das Gerät benötigt also eine externe Spule, die nach Ansicht der Forschenden als Pflaster auf der Haut des Patienten getragen werden könnte.

Dieser Ansatz könnte auch für die Verabreichung von Zellen verwendet werden, die andere Arten von therapeutischen Proteinen produzieren, die über lange Zeiträume verabreicht werden müssen.

Implantat wird für klinische Versuche angepasst

Bei Mäusen hat das Gerät seine Funktionsfähigkeit bereits über einen Zeitraum von vier Wochen unter Beweis gestellt. Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen planen nun, das Gerät für Tests an größeren Tieren und schließlich an Menschen anzupassen. Für den Einsatz beim Menschen hoffen sie, ein Implantat zu entwickeln, das etwa die Größe eines Kaugummis hat. Klären müssen sie zudem die Frage, ob das Gerät dauerhaft im Körper verbleiben kann.

Ein Beitrag von:

  • Nicole Lücke

    Nicole Lücke macht Wissenschaftsjournalismus für Forschungszentren und Hochschulen, berichtet von medizinischen Fachkongressen und betreut Kundenmagazine für Energieversorger. Sie ist Gesellschafterin von Content Qualitäten. Ihre Themen: Energie, Technik, Nachhaltigkeit, Medizin/Medizintechnik.

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