Een nieuwe op nanotechnologie gebaseerde techniek voor het reguleren van de bloedsuikerspiegel bij diabetici kan patiënten de mogelijkheid geven om pijnloos insuline af te geven met behulp van een klein ultrasoon apparaat, waardoor ze dagen tussen injecties kunnen gaan - in plaats van naalden te gebruiken om zichzelf elke dag meerdere insuline-injecties te geven. De techniek is ontwikkeld door onderzoekers van de North Carolina State University en de University of North Carolina in Chapel Hill.

"Dit is hopelijk een grote stap in de richting van het geven van een pijnlozere methode aan diabetici om een ​​gezonde bloedsuikerspiegel te behouden. " zegt Dr. Zhen Gu, senior auteur van een paper over het onderzoek en een assistent-professor in het gezamenlijke biomedische engineeringprogramma bij NC State en UNC-Chapel Hill.

De techniek omvat het injecteren van biocompatibele en biologisch afbreekbare nanodeeltjes in de huid van een patiënt. De nanodeeltjes zijn gemaakt van poly(lactic-co-glycolic) acid (PLGA) en zijn gevuld met insuline.

Elk van de PLGA-nanodeeltjes krijgt ofwel een positief geladen coating gemaakt van chitosan (een biocompatibel materiaal dat normaal wordt aangetroffen in garnalenschelpen), of een negatief geladen coating van alginaat (een biocompatibel materiaal dat normaal in zeewier wordt aangetroffen). Wanneer de oplossing van gecoate nanodeeltjes met elkaar wordt gemengd, de positief en negatief geladen coatings worden door elektrostatische kracht tot elkaar aangetrokken om een ​​"nano-netwerk" te vormen. Eenmaal geïnjecteerd in de onderhuidse laag van de huid, dat nanonetwerk houdt de nanodeeltjes bij elkaar en voorkomt dat ze zich door het lichaam verspreiden.

De gecoate PLGA-nanodeeltjes zijn ook poreus. Eenmaal in het lichaam, de insuline begint te diffunderen uit de nanodeeltjes. Maar het grootste deel van de insuline dwaalt niet ver af - het wordt door de elektrostatische kracht van het nanonetwerk in een de facto reservoir in de onderhuidse huidlaag gesuspendeerd. Dit creëert in wezen een dosis insuline die gewoon wacht om in de bloedbaan te worden afgeleverd.

Wanneer een patiënt type 1 of gevorderde type 2 diabetes heeft, zijn of haar lichaam heeft extra insuline nodig, een hormoon dat glucose – of bloedsuiker – vanuit de bloedbaan naar de lichaamscellen transporteert. Deze diabetespatiënten moeten zo nodig insuline injecteren om ervoor te zorgen dat hun bloedsuikerspiegel binnen het "normale" bereik blijft. Echter, deze injecties kunnen pijnlijk zijn.

Met behulp van de nieuwe technologie ontwikkeld door Gu's team, een diabetespatiënt hoeft geen dosis insuline te injecteren - die is er al. In plaats daarvan, patiënten kunnen een kleine, handapparaat om gerichte ultrasone golven toe te passen op de plaats van het nanonetwerk, het pijnloos vrijgeven van de insuline uit het feitelijke reservoir in de bloedbaan.

De onderzoekers geloven dat de techniek werkt omdat de ultrasone golven microscopisch kleine gasbellen in het weefsel opwekken, het tijdelijk verstoren van het nanonetwerk in de onderhuidse laag van de huid. Die verstoring duwt de nanodeeltjes uit elkaar, het ontspannen van de elektrostatische kracht die op de insuline in het reservoir wordt uitgeoefend. Hierdoor kan de insuline in de bloedbaan terechtkomen - een proces dat wordt versneld door het effect van de ultrasone golven die op de insuline drukken.

"We weten dat deze techniek werkt, en we denken dat het zo werkt, maar we proberen nog steeds de precieze details te achterhalen, " zegt dr. Yun Jing, een assistent-professor werktuigbouwkunde bij NC State en co-corresponderende auteur van het papier.

Als de echo is verwijderd, de elektrostatische kracht doet zich weer gelden en trekt de nanodeeltjes in het nanonetwerk weer bij elkaar. De nanodeeltjes verspreiden dan meer insuline, het bijvullen van het reservoir.

"We hebben proof-of-concept testen gedaan bij laboratoriummuizen met type 1 diabetes, Gu zegt. "We ontdekten dat deze techniek zorgt voor een snelle afgifte van insuline in de bloedbaan, en dat de nanonetwerken genoeg insuline bevatten om de bloedsuikerspiegel tot 10 dagen te reguleren."

"Als de insuline op is, je moet een nieuw nano-netwerk injecteren, " zegt Jin Di, hoofdauteur van het papier en een Ph.D. student in Gu's onderzoekslab. "Het vorige nanonetwerk is in een paar weken opgelost en volledig opgenomen in het lichaam."

"Deze vooruitgang zal zeker miljoenen mensen met diabetes wereldwijd de hoop geven dat er betere dagen in het verschiet liggen. " zegt dr. John Buse, directeur van UNC-Chapel Hill's Diabetes Care Center en adjunct-directeur van UNC-Chapel Hill's NIH Clinical and Translational Sciences Award. "We moeten eraan werken om deze opwindende onderzoeken in het laboratorium te vertalen naar de klinische praktijk."