Injecteerbare nanodeeltjes die aan het MIT zijn ontwikkeld, kunnen op een dag de noodzaak voor patiënten met type 1-diabetes elimineren om constant hun bloedsuikerspiegels te controleren en zichzelf met insuline te injecteren.

De nanodeeltjes zijn ontworpen om glucosespiegels in het lichaam waar te nemen en te reageren door de juiste hoeveelheid insuline af te scheiden, waardoor de functie van pancreaseilandcellen wordt vervangen, die worden vernietigd bij patiënten met type 1-diabetes. uiteindelijk, dit type systeem kan ervoor zorgen dat de bloedsuikerspiegel in evenwicht blijft en de kwaliteit van leven van de patiënt verbetert, volgens de onderzoekers.

"Insuline werkt echt, maar het probleem is dat mensen er niet altijd de juiste hoeveelheid van binnenkrijgen. Met dit systeem van verlengde afgifte, de hoeveelheid uitgescheiden geneesmiddel is evenredig met de behoeften van het lichaam, " zegt Daniël Anderson, een universitair hoofddocent chemische technologie en lid van MIT's Koch Institute for Integrative Cancer Research en Institute for Medical Engineering and Science.

Anderson is de senior auteur van een paper waarin het nieuwe systeem wordt beschreven in een recent nummer van het tijdschrift ACS Nano . Hoofdauteur van het artikel is Zhen Gu, een voormalig postdoc in het laboratorium van Anderson. Het onderzoeksteam omvat ook Robert Langer, de David H. Koch Institute Professor aan het MIT, en onderzoekers van de afdeling Anesthesiologie van het Boston Children's Hospital.

De alvleesklier nabootsen

Momenteel, mensen met type 1-diabetes prikken meestal meerdere keren per dag in hun vingers om bloed af te nemen voor het testen van hun bloedsuikerspiegel. Wanneer de niveaus hoog zijn, deze patiënten injecteren zichzelf met insuline, die de overtollige suiker afbreekt.

In recente jaren, veel onderzoekers hebben geprobeerd insulinetoedieningssystemen te ontwikkelen die zouden kunnen werken als een "kunstmatige alvleesklier, automatisch glucosespiegels detecteren en insuline afscheiden. Eén benadering maakt gebruik van hydrogels om glucosespiegels te meten en erop te reageren, maar die gels reageren traag of hebben geen mechanische sterkte, waardoor insuline kan weglekken.

Het MIT-team wilde een stevige, biocompatibel systeem dat sneller zou reageren op veranderingen in glucosespiegels en gemakkelijk toe te dienen zou zijn.

Hun systeem bestaat uit een injecteerbare gelachtige structuur met een textuur die lijkt op tandpasta, zegt Gu, die nu een assistent-professor biomedische technologie en moleculaire farmacie is aan de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill en de North Carolina State University. De gel bevat een mengsel van tegengesteld geladen nanodeeltjes die elkaar aantrekken, de gel intact te houden en te voorkomen dat de deeltjes eenmaal in het lichaam wegdrijven.

Met behulp van een gemodificeerd polysacharide dat bekend staat als dextran, de onderzoekers ontwierpen de gel om gevoelig te zijn voor zuurgraad. Elk nanodeeltje bevat bolletjes dextran geladen met een enzym dat glucose omzet in gluconzuur. Glucose kan vrij door de gel diffunderen, dus als het suikergehalte hoog is, het enzym produceert grote hoeveelheden gluconzuur, waardoor de lokale omgeving iets zuurder wordt.

Die zure omgeving zorgt ervoor dat de dextraanbollen uiteenvallen, insuline vrijgeven. Insuline vervult dan zijn normale functie, het omzetten van de glucose in de bloedbaan in glycogeen, die voor opslag in de lever wordt opgenomen.

Controle op lange termijn

In tests met muizen die diabetes type 1 hebben, de onderzoekers ontdekten dat een enkele injectie van de gel de normale bloedsuikerspiegel gemiddeld 10 dagen handhaafde. Omdat de deeltjes voornamelijk uit polysachariden bestaan, ze zijn biocompatibel en worden uiteindelijk afgebroken in het lichaam.

De onderzoekers proberen nu de deeltjes aan te passen, zodat ze sneller kunnen reageren op veranderingen in glucosespiegels, met de snelheid van de pancreas-eilandcellen. "Eilandcellen zijn erg slim. Ze kunnen heel snel insuline afgeven zodra ze hoge suikerniveaus voelen, "zegt Gu.

Voordat de deeltjes bij mensen worden getest, de onderzoekers zijn van plan de afgifte-eigenschappen van het systeem verder te ontwikkelen en te werken aan het optimaliseren van de dosering die nodig zou zijn voor gebruik bij mensen.

"Het is duidelijk dat studies op langere termijn gerechtvaardigd zijn, maar vanuit een gesloten kringloopperspectief, dit is een zeer slimme benadering voor het normaliseren van de bloedglucosespiegels bij personen met diabetes, bereikt door de glucosemeting te integreren met de insulinetoediening, net als een natuurlijke bètacel van de alvleesklier, " zegt Frank Doyle, een professor in chemische technologie aan de Universiteit van Californië in Santa Barbara die geen deel uitmaakte van het onderzoeksteam.

Het artikel is getiteld "Injectable Nano-Network for Glucose-Mediated Insulin Delivery."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.