Nanogel voor het beheer van diabetes type 1

Een uitgebreid insulineafgiftesysteem dat een injecteerbare gel van nanodeeltjes bevat, kan op een dag patiënten met type 1-diabetes helpen hun toestand te beheersen zonder voortdurend hun bloedsuikerspiegel te hoeven testen en zichzelf met insuline te injecteren.
Ontworpen aan het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in de VS, eenmaal in het lichaam, detecteren de nanodeeltjes de glucoseconcentratie in het bloed en scheiden automatisch de juiste hoeveelheid insuline af om het op het juiste niveau te houden.
Daniel Anderson, een universitair hoofddocent in de chemische technologie, leidt het laboratorium dat de nanogel heeft ontworpen. Hij zegt in een verklaring:
"Insuline werkt echt, maar het probleem is dat mensen niet altijd de juiste hoeveelheid krijgen. Met dit systeem van verlengde afgifte, de hoeveelheid uitgescheiden medicijn is evenredig met de behoeften van het lichaam."
Anderson, die ook lid is van het Koch Institute for Integrative Cancer Research and Institute for Medical Engineering and Science van MIT, en zijn collega's, schrijven over de nanogel en hoe ze hem hebben getest bij muizen, in een krant die online in het tijdschrift is gepubliceerd ACS Nano op 2 mei.
De onderzoekers hopen dat hun systeem of iets dergelijks op een dag de kwaliteit van leven van mensen met type 1 diabetes zal verbeteren, zodat ze niet hoeven te blijven prikken met hun vingers om hun bloedsuikerspiegel te controleren en zichzelf constant insuline injecteren om eventuele overtollige suiker.

Poging om een ??"kunstmatige pancreas" te creëren

In feite is de nanogel ontworpen om te functioneren als eilandcellen van de alvleesklier, die de bloedglucose op het juiste niveau houden door insuline en andere hormonen af ??te scheiden. Deze cellen worden vernietigd bij mensen met diabetes type 1.
Dit is niet de eerste keer dat onderzoekers hebben geprobeerd om een ??"kunstmatige pancreas" -systeem te ontwerpen dat automatisch insuline en andere hormonen afgeeft in reactie op glucosewaarden.
Sommige van de systemen die worden ontwikkeld, gebruiken infuuspompen. Eerder dit jaar rapporteerden onderzoekers in Montreal enig succes met een kunstmatige alvleesklier met dubbel hormoon, die wordt geleid door een intelligent doseringsalgoritme.
Een andere benadering maakt gebruik van hydrogels om de glucosespiegels te meten en erop te reageren, maar Anderson en collega's merken op dat deze traag reageren of mechanisch niet sterk genoeg zijn, waardoor de insuline kan weglekken wanneer dit niet zou moeten.

Met hun nanogel vond het MIT-team dat ze een robuust, eenvoudiger te gebruiken biocompatibel systeem konden ontwerpen dat sneller op veranderingen in de bloedsuikerspiegel kon reageren.

Een injecteerbaar nanoretwerk dat reageert op glucose en insulines afgeeft

Nanotechnologie is een vrij nieuw veld dat snel groeit als wetenschappers leren om materie op atomaire en moleculaire schaal te manipuleren om materialen te creëren met opmerkelijk gevarieerde en nieuwe eigenschappen.
De nanogel die het MIT-team heeft ontwikkeld, is een "injecteerbaar en zuurafbreekbaar polymeer netwerk" dat eruit ziet en aanvoelt als tandpasta. Het bevat een mengsel van tegengesteld geladen nanodeeltjes die elkaar aantrekken. Hierdoor blijft de gel bij elkaar en stopt de nanodeeltjes eenmaal in het lichaam.
Om de nanogel te laten reageren op verhoogde zuurgraad, gebruikten Anderson en collega's dextran, een gemodificeerd polysaccharide. Elk nanodeeltje in de gel bevat bollen met dextran geladen met insuline en een enzym dat glucose omzet in gluconzuur.
Glucosemoleculen kunnen gemakkelijk in de gel binnendringen en diffunderen. Dus wanneer de niveaus hoog zijn, gaat er veel glucose door de gel en triggert het het enzym dat het omzet in gluconzuur. Dit verhoogt de zuurgraad, waardoor de insuline vrijkomt.

Proeven met muizen laten zien dat langdurige controle mogelijk is

Eerst testten de onderzoekers de nanogel in reageerbuizen met verschillende glucosegehalten en toonden aan dat het kon reageren en insuline vrijmaakte.
Toen ze het in levende muizen testten, vonden ze één injectie van de nanogel gehouden bloedglucose normaal, tot 10 dagen lang.
"Een enkele injectie van het ontwikkelde nano-netwerk vergemakkelijkte de stabilisatie van de bloedglucosespiegels in de normoglycemische toestand (
Omdat de nanogel grotendeels uit polysacchariden bestaat, is hij biocompatibel en degradeert hij uiteindelijk in het lichaam.
Het team wil nu zien of ze de gel kunnen veranderen, zodat deze sneller reageert op veranderingen in glucosewaarden. Idealiter willen ze dat het reageert met dezelfde snelheid als de eilandjescellen in de pancreas: ze geven heel snel insuline af als ze een hoog suikergehalte voelen.
Er is nog wat werk aan de winkel voordat de gel klaar is voor proeven met mensen. Het team wil bijvoorbeeld het vermogen van de gel om te leveren verbeteren en het doseringsmechanisme voor menselijk gebruik fijn afstellen.
Fondsen van de Leona M. en Harry B. Helmsley Charitable Trust en de Tayebati Family Foundation hebben de studie helpen financieren.
Geschreven door Catharine Paddock PhD