MIT entwickelt implantierbares Gerät, um den Notfallglucagon automatisch freizugeben

Für Menschen mit Typ-1-Diabetes ist die Entwicklung von Hypoglykämie oder niedrigem Blutzucker eine allgegenwärtige Bedrohung. Wenn der Glukosespiegel extrem niedrig wird, schafft dies eine lebensbedrohliche Situation, in der die Standardbehandlung der Versorgung ein Hormon namens Glucagon injiziert.

In Fällen, in denen Patienten möglicherweise nicht erkennen, dass ihr Blutzucker auf gefährliche Niveaus fällt, haben die MIT -Ingenieure ein implantierbares Reservoir entworfen, das unter der Haut bleiben und ausgelöst werden kann, um den Glucagon freizusetzen, wenn der Blutzuckerspiegel zu niedrig wird.

Dieser Ansatz könnte auch in Fällen helfen, in denen eine Hypoglykämie während des Schlafes auftritt, oder bei diabetischen Kindern, die nicht in der Lage sind, selbst Injektionen zu verabreichen.

Dies ist ein kleines, Notfallgerät, das unter die Haut gelegt werden kann, wo es bereit ist, zu handeln, wenn der Blutzucker des Patienten zu niedrig fällt. Unser Ziel war es, ein Gerät zu bauen, das immer bereit ist, Patienten vor niedrigem Blutzucker zu schützen. Wir glauben, dass dies auch dazu beitragen kann, die Angst vor Hypoglykämie zu lindern, unter der viele Patienten und ihre Eltern leiden. „

Daniel Anderson, Professor in der MIT -Abteilung für Chemieingenieur

Die Forscher zeigten, dass dieses Gerät auch zur Bereitstellung von Notfalldosen von Adrenalin verwendet werden könnte, ein Medikament, das zur Behandlung von Herzinfarkten eingesetzt wird und auch schwere allergische Reaktionen, einschließlich anaphylaktischer Schock, verhindern kann.

Siddharth Krishnan, ein ehemaliger MIT -Forschungswissenschaftler, der heute Assistenzprofessor für Elektrotechnik an der Stanford University ist, ist der Hauptautor der Studie, die heute in erscheint Nature Biomedical Engineering.

Notfallreaktion

Die meisten Patienten mit Typ -1 -Diabetes verwenden tägliche Insulininjektionen, um ihrem Körper zu helfen, Zucker zu absorbieren und zu verhindern, dass der Blutzuckerspiegel zu hoch wird. Wenn ihr Blutzuckerspiegel jedoch zu niedrig wird, entwickeln sie eine Hypoglykämie, die zu Verwirrung und Anfällen führen kann und möglicherweise tödlich sein kann, wenn sie nicht behandelt wird.

Um die Hypoglykämie zu bekämpfen, tragen einige Patienten vorinstallierte Glucagon -Spritzen, ein Hormon, das die Leber stimuliert, um Glukose in den Blutkreislauf freizusetzen. Für Menschen, insbesondere Kinder, ist es jedoch nicht immer einfach zu wissen, wann sie hypoglykämisch werden.

„Einige Patienten können spüren, wenn sie niedrigen Blutzucker bekommen, und essen etwas oder geben sich Glucagon“, sagt Anderson. „Einige sind sich jedoch nicht bewusst, dass sie hypoglykämisch sind und sie können nur in Verwirrung und Koma ausfallen. Dies ist auch ein Problem, wenn die Patienten schlafen, da sie auf Alarme von Glukosesensor angewiesen sind, um sie zu wecken, wenn Zuckerabfälle gefährlich niedrig sind.“

Um es einfacher zu machen, einer Hypoglykämie entgegenzuwirken, machte sich das MIT -Team auf den Weg zur Entwurf eines Notfallgeräts, das entweder von der Person ausgelöst werden könnte, oder automatisch von einem Sensor.

Das Gerät, das etwa ein Viertel hat, enthält ein kleines Arzneimittelreservoir aus einem 3D-gedruckten Polymer. Das Reservoir ist mit einem speziellen Material versiegelt, das als Form-Memory-Legierung bekannt ist und so programmiert werden kann, dass er seine Form beim Erhitzen verändert. In diesem Fall verwendete der Forscher eine Nickel-Titan-Legierung, die bei erhitztem Celsius auf 40 Grad von einer flachen Platte in eine U-Form programmiert ist.

Wie viele andere Protein- oder Peptidmedikamente neigt Glucagon dazu, schnell zusammenzubrechen, sodass die flüssige Form nicht langfristig im Körper gespeichert werden kann. Stattdessen hat das MIT -Team eine pulverisierte Version des Arzneimittels erstellt, die für viel länger stabil bleibt und bis zur Veröffentlichung im Reservoir bleibt.

Jedes Gerät kann entweder eine oder vier Dosen Glucagon tragen und enthält auch eine Antenne, die auf eine bestimmte Frequenz im Hochfrequenzbereich reagiert. Dadurch können Sie einen kleinen elektrischen Strom ausgelöst werden, der zum Erhitzen der Form-Memory-Legierung verwendet wird. Wenn die Temperatur die 40-Grad-Schwelle erreicht, biegt sich die Platte in eine U-Form und setzt den Inhalt des Reservoirs frei.

Da das Gerät drahtlose Signale empfangen kann, kann es auch so gestaltet werden, dass die Arzneimittelfreisetzung durch einen Glukosemonitor ausgelöst wird, wenn der Blutzucker des Trägers unter einem bestimmten Niveau fällt.

„Eine der wichtigsten Merkmale dieser Art von digitales Arzneimittelabgabesystem ist, dass Sie es mit Sensoren sprechen lassen können“, sagt Krishnan. „In diesem Fall ist die kontinuierliche Glukoseüberwachungstechnologie, die viele Patienten verwenden, für diese Arten von Geräten einfach, mit denen sie eine Verbindung herstellen können.“

Hypoglykämie umkehren

Nach dem Implantieren des Geräts in diabetischen Mäusen verwendeten die Forscher es, um die Glucagon -Freisetzung auszulösen, da der Blutzuckerspiegel der Tiere sank. Innerhalb von weniger als 10 Minuten nach Aktivierung der Arzneimittelfreisetzung begannen sich der Blutzuckerspiegel aus, sodass sie im normalen Bereich bleiben und die Hypoglykämie abhalten konnten.

Die Forscher testeten das Gerät auch mit einer pulverisierten Version von Epinephrin. Sie fanden heraus, dass innerhalb von 10 Minuten nach der Freisetzung von Arzneimitteln der Adrenalinspiegel im Blutkreislauf erhöht wurde und die Herzfrequenz zunahm.

In dieser Studie haben die Forscher die Geräte bis zu vier Wochen implantiert, aber sie planen nun zu sehen, ob sie diese Zeit auf mindestens ein Jahr verlängern können.

„Die Idee ist, dass Sie genug Dosen haben würden, die dieses therapeutische Rettungsveranstalter über einen erheblichen Zeitraum liefern können. Wir wissen nicht genau, was das ist – vielleicht ein Jahr, vielleicht ein paar Jahre, und wir arbeiten derzeit daran, zu ermitteln, was das optimale Leben ist. Aber danach muss es ersetzt werden“, sagt Krishnan.

Wenn ein medizinisches Gerät in den Körper implantiert wird, entwickelt sich das Narbengewebe in der Regel um das Gerät, was seine Funktion beeinträchtigen kann. In dieser Studie zeigten die Forscher jedoch, dass sie auch nach dem im Implantat gebildeten fibrotischen Gewebe die Arzneimittelfreisetzung erfolgreich auslösen konnten.

Die Forscher planen nun zusätzliche Tierstudien und hoffen, das Gerät in den nächsten drei Jahren in klinischen Studien zu testen.

„Es ist wirklich aufregend zu sehen, dass unser Team dies erreicht, was ich hoffe, eines Tages Diabetikern zu helfen und im weiteren Sinne ein neues Paradigma für die Bereitstellung eines Notfallmedizins zu bieten“, sagt Robert Langer, Professor von David H. Koch am MIT und Autor der Zeitung.

Weitere Autoren der Zeitung sind Laura O’Keeffe, Arnab Rudra, Derin Gumustop, Nima Khatib, Claudia Liu, Jiawei Yang, Athena Wang, Matthew Büchenk, Yen-Chun Lu, Suman Bose und Kaelan Reed.

Die Forschung wurde von Leona M. und Harry B. Helmsley Charitable Trust, dem National Institutes of Health, einem JDRF -Postdoktorandenstipendium und dem National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering finanziert.

Quellen: