Пациенты с сахарным диабетом должны контролировать уровень сахара в крови, регулярно коля свой палец и делая себе инъекции инсулина. Эта процедура болезненная и неточная, а введение неправильного количества инсулина может привести к серьезным осложнениям, а в некоторых случаях – к коме и смерти.инсулиновый пластырьИсследователи стремятся создать умный инсулиновый пластырь, который нужно будет менять раз в несколько дней.

По словам ученых инновационной команды, которая включает исследователей из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и Университета штата Северная Каролина в Рали, создание «умного инсулинового пластыря» может в один прекрасный день оставить это испытание в прошлом в жизни миллионов пациентов, страдающих сахарным диабетом.

Умный пластырь – это квадратная полоска ленты, размером не больше копейки, которая имеет больше сотни микроигл, каждая размером с ресницу, которые содержат крошечные резервуары с инсулином и глюкозо чуствительными ферментами.

Устройство, которое можно разместить в любом месте на теле, чувствует, когда уровни сахара в крови становятся слишком высокими и вводят необходимое количество инсулина в кровоток.

Эндокринологи и биомедицинские инженеры, которые изобрели безболезненный пластырь, 22 июня 2015 года описали в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, как они тестировали устройство на мышиной модели сахарного диабета 1 типа, и показали, что оно снижает уровень глюкозы крови в течение нескольких часов.

Хотя устройство показало многообещающие результаты, еще слишком рано говорить о том, когда пластырь можно будет использовать у человеческих пациентов. Ученые говорят, что необходимо проведение еще многих тестов, а затем – клинических испытаний.

 

Пластырь имитирует собственную систему организма для выработки инсулина

Умный инсулиновый пластырь работает, имитируя собственную систему организма для выработки инсулина – бета-клетки поджелудочной железы, которые вырабатывают и хранят инсулин в крошечных мешочках или везикулах. Они также ощущают изменения уровня сахара в крови и освобождают инсулин из везикул по мере необходимости.

Ученые сконструировали искусственные везикулы, которые образованы таким же способом из двух натуральных материалов – гиалуроновой кислоты, используемой в косметологии, и 2-нитроимидазола – органического соединения, используемого в диагностике.

Вместе эти два соединения образуют молекулу, которая на одном конце – гидрофильная (гиалуроновая кислота), а на другом – гидрофобная, или водоотталкивающая (2-нитроимидазол). Группы этих молекул самоорганизуются в везикулы, – примерно, как капли масла на воде, — в которых гидрофобные концы размещены внутри, а гидрофильные – снаружи везикул.

Исследователи обнаружили, что могут встроить стержень твердых инсулина и ферментов, предназначенных для определения глюкозы, внутрь искусственных везикул, которые в больших количествах формируют миллионы пузырькоподобных наноструктур, каждая из которых в 100 раз меньше толщины человеческого волоса.

Когда ученые тестировали умные инсулиновые наночастицы в лаборатории, то обнаружили, что они отвечают на повышение уровня сахара крови. Избыточные молекулы глюкозы входят в искусственные везикулы, используя кислород и ферменты внутри для превращения ее в глюконовую кислоту. Это снижение кислорода, или «гипоксия», делает гидрофобные концы 2-нитроимидазола гидрофильными, везикулы растворяются и освобождают инсулин в кровоток.

 

Пластырь сохраняет уровни глюкозы крови на нормальном уровне у мышей в течение нескольких часов

Следующим шагом исследователей было найти способ управлять искусственными везикулами у пациентов с сахарным диабетом. Это тогда они пришли к идее использования микроигл, встроенных в пластырь, а не полагаться на большие иглы или катетеры «систем закрытого цикла» других подходов глюкозо-чуствительного введения инсулина.

Ученые, в конце концов, произвели силиконовые полоски с более чем 100 микроигл, которые прокалывают кожу и соединяются с кровью, текущей в капиллярах. Каждая микроигла содержит резервуар с искусственными везикулами.

Исследователи протестировали изобретение на мышиной модели сахарного диабета 1 типа. Они делали одной группе животных стандартные инъекции инсулина, после чего уровни глюкозы снижались к нормальным, но затем быстро вырастали до гипергликемических уровней.

Но когда ученые проводили лечение другой группе мышей с диабетом при помощи пластыря, их уровни глюкозы крови нормализовались в течение 30 минут, и оставались такими в течение нескольких часов.

Исследователи также обнаружили, что путем изменения дозы фермента, они могут точно настроить пластырь для изменения уровней глюкозы в пределах определенного диапазона.

 

«Умный инсулиновый пластырь» революционизирует помощь пациентам с сахарным диабетом

Мыши менее чувствительны к инсулину, чем люди, поэтому исследователи считают, что действие пластыря может длится еще дольше у человеческих пациентов. Исследователи стремятся создать умный инсулиновый пластырь, который нужно будет менять всего лишь раз в несколько дней.

Такая перспектива революционизирует лечение пациентов с сахарным диабетом. Ведущий соавтор исследования Джон Бусе, профессор медицины, в прошлом – президент Американской Диабетической Ассоциации, объяснил: «Самая трудная часть помощи пациентам с диабетом состоит не в введении инсулина, или проверке сахара крови, или следовании диете, а в том факте, что Вам нужно делать все это каждый день до конца Вашей жизни».

Другой ведущий соавтор ЧжэньГу, профессор биомедицинской инженерии, сказал: «Мы создали пластырь для лечения диабета, который быстро работает, легок в использовании, сделан из не токсических, биосовместимых материалов. Вся система может быть персонализирована с учетом веса и чувствительности к инсулину у пациентов с диабетом, так что мы можем сделать умный пластырь еще умнее»

Во всем мире от сахарного диабета страдает более 387 миллионов человек, и это число, по прогнозам, вырастет к 592 миллионам до 2035 года.