Bu gelişme, tip 2 diyabetin dünya çapında giderek artan sayıda insanı etkilemeye devam ettiği bir dönemde yaşanıyor. Tip 1 diyabetin aksine, tip 2 diyabet sıklıkla obezite, sınırlı fiziksel aktivite ve vücudun uzun süreler boyunca ihtiyaç duyduğundan daha fazla enerji tüketmesiyle ilişkilendirilir.

İnsülin enjeksiyonları, kas hücrelerinin kan dolaşımından glikozu emmesini sağlayarak kan şekerini düşürmeye yardımcı olabilir. Ancak insülin, altta yatan aşırı enerji sorununu ortadan kaldırmaz. Vücut emdiği glikozu kullanmadığında, fazlası sonunda yağa dönüştürülebilir. Bu durum, diyabetli bazı kişilerin tedavi görürken bile kilo almaya devam etmesinin nedenini açıklamaya yardımcı olur.

Basel’deki ETH Zürih’te Biyosistem Bilimi ve Mühendisliği Bölümü’nde profesör olan Martin Fussenegger liderliğindeki araştırmacılar, bu sorunu farklı bir şekilde ele almak üzere tasarlanmış bir implant geliştirdiler. Bulguları Science dergisinde yayınlandı .

Elektrikle Çalışan Yeni Bir Diyabet Tedavisi

Fussenegger ve meslektaşları, kan şekerini kontrol edebilecek teknolojiler geliştirmek için yıllarını harcadılar. Önceki tasarımları, genetik ağlar kullanılarak oluşturulmuştu, ancak bu sistemler canlı hücrelere ve diğer biyolojik materyallere bağımlıydı.

Bu bağımlılık çeşitli komplikasyonlara yol açtı. Biyolojik bileşenler, bağışıklık uyumluluğu, uzun vadeli istikrar, üretim ve düzenleyici onay konularında zorluklar yaratabilir.

Araştırmacılar, tamamen inorganik malzemelerden yapılmış bir katalizör oluşturarak farklı bir yaklaşım benimsedi. Bu katalizör, canlı hücrelere, enzimlere veya diğer biyolojik bileşenlere ihtiyaç duymadan işlevini yerine getiriyor.

İmplantın merkezinde, minik altın kümeleriyle kaplı bir grafit keçe parçası bulunur. Bu altın yapılar, daha da küçük platin parçacıklarıyla kaplanarak, glikozu işlemek için gerekli kimyasal reaksiyonu sağlayan özel olarak tasarlanmış bir yüzey oluşturur.

Araştırmacılar bu nano ölçekli yüzeyi kendileri tasarladılar. Fussenegger’e göre, malzemeler deneysel testler sırasında mükemmel biyo-uyumluluk da gösterdi; bu da canlı dokuyla önemli olumsuz reaksiyonlara neden olmadan etkileşime girebileceklerini düşündürüyor.

Sistem, 3 boyutlu yazıcıyla üretilmiş bir muhafaza içine yerleştirilmiş elektronik bir kontrol ünitesi içerir. Geleneksel kablolu güç bağlantısına bağlı kalmak yerine, implant 13,56 MHz frekansında kablosuz olarak enerji alır. Bu frekans, endüstriyel, bilimsel ve tıbbi uygulamalar için uluslararası olarak tahsis edilmiştir.

İmplant Fazla Kan Şekerini Nasıl Ortadan Kaldırıyor?

Bu teknoloji, fazla glikozu idrar yoluyla vücuttan atılabilen bir madde olan glukonata dönüştürerek çalışır.

Normalde glikoz hücrelere enerji sağlar. Vücudun ihtiyacından daha fazla glikoz bulunduğunda, bu fazla enerjinin bir kısmı nihayetinde yağ olarak depolanabilir. İmplant, glikozun bir kısmını glukonata dönüştürerek, bu kısmın metabolize edilmesini ve dokularda depolanmasını önler ve potansiyel olarak yağ birikimini azaltmaya yardımcı olur.

Tüm süreç, kan şekerindeki değişikliklere anında yanıt verecek şekilde otomatik olarak gerçekleşecek şekilde tasarlanmıştır.

Geleneksel bir glikoz sensörü, diyabet hastalarının çoğunun üst koluna taktığı sensörlere benzer şekilde, dokulardaki glikoz konsantrasyonlarını sürekli olarak ölçer. Seviyeler çok yükseldiğinde, örneğin yemekten sonra, sensör Bluetooth aracılığıyla bir akıllı telefon veya akıllı saatle iletişim kurar.

Bağlantı kurulan cihaz daha sonra implantı aktive ederek katalizörün glikozu glukonata dönüştürmesi için gereken elektrik enerjisini sağlar.

Kan şekeri seviyeleri istenen aralığa döndüğünde, implant otomatik olarak kapanır. Kapalı döngü kontrolü olarak bilinen bu geri bildirim sistemi, kan şekerinin tehlikeli derecede düşük seviyelere düşmesini önlemeyi amaçlamaktadır.

Diyabetik Farelerde Kan Şekeri Kontrolü ve Kilo Kaybı

Teknolojiyi değerlendirmek için araştırmacılar ilk olarak, içinde glikoz bulunan 5 litrelik bir besin çözeltisi haznesi kullanarak bir laboratuvar deneyi gerçekleştirdiler. Bu hacim, yaklaşık olarak yetişkin bir insan vücudunda dolaşan kan miktarına eşittir.

Deney, katalizörün bu ölçekteki bir çözeltide glikozu dönüştürebildiğini gösterdi; bu da tıbbi uygulamalardaki potansiyelini değerlendirme yolunda önemli bir adımdır.

Araştırmacılar daha sonra sistemi diyabetli farelere yerleştirdiler. Sonuçlar, cihazın hayvanların kan şekeri seviyelerini hassas bir şekilde düzenleyebildiğini gösterdi. Fareler ayrıca kilo da kaybetti; bu da fazla glikozun yağ depolanmasına izin vermek yerine dönüştürülmesinin ek bir metabolik fayda sağlayabileceğini düşündürmektedir.

Altı haftalık test süresi boyunca implant güvenilir bir şekilde çalışmaya devam etti ve hayvanlar tarafından iyi tolere edildi.

Fussenegger, “Sistem çok düşük bir voltajda çalışıyor ve deneylerimiz, elektriksel veya termal etkilerden kaynaklanan doku hasarına dair hiçbir kanıt göstermedi” diyor.

Bu bulgular umut verici olsa da, cihaz henüz insanlar üzerinde test edilmemiştir. Teknolojinin diyabetli kişilerde güvenli ve etkili bir şekilde çalışıp çalışamayacağını belirlemek için ek araştırmalar gerekecektir.

Elektronik Teknolojiler Diyabet Tedavisinin Geleceğini Dönüştürebilir mi?

Fussenegger, bu teknolojinin diyabetin yönetilme biçiminde temel bir değişiklik yaratabileceğine inanıyor. Vücudun glikozu işleme biçimini etkilemek için ilaçlar kullanmak yerine, elektronik bir cihaz doğrudan mevcut glikoz miktarını kontrol edebilir.

“On yıllardır, vücuda glikozu nasıl yöneteceğini söyleyerek diyabeti tedavi ediyorduk. Şimdi ise ilaçlar yerine elektronik cihazlar kullanarak glikozu doğrudan kontrol edebileceğimizi gösteriyoruz,” diyor. “Ve katalizör yalnızca glikoz seviyeleri çok yüksek olduğunda devreye giriyor.”

Bu yaklaşım aynı zamanda tıbbi tedavileri Nesnelerin İnterneti de dahil olmak üzere dijital teknolojilerle birleştirme fırsatları yaratmaktadır. Nesnelerin İnterneti, bilgi alışverişinde bulunan ve değişen koşullara otomatik olarak yanıt veren cihaz ağlarını ifade eder.

Araştırmacılar, seri üretimle üretilebilecek ve mevcut dijital sağlık sistemlerine entegre edilebilecek elektronik olarak kontrol edilen tedaviler öngörüyorlar.

Bir sonraki hedefleri, deneysel implantı daha fazla geliştirme ve nihai klinik testler için uygun bir tıbbi cihaza dönüştürmektir.

Potansiyel avantajlardan biri, nispeten basit glikoz dönüşüm mekanizmasıdır. Katalizör hücrelere veya enzimlere bağlı olmadığı için, araştırmacılar biyolojik tedavilerle ilişkili bazı teknik zorlukların üstesinden gelmenin daha kolay olabileceğine inanıyorlar.

Destekleyici teknolojinin büyük bir kısmı da zaten mevcut. Kablosuz güç iletim sistemleri ve harici elektronik kontrolörler ticari olarak yerleşmiş durumda, bu da ekibin her bileşeni sıfırdan geliştirmesine gerek kalmayacağı anlamına geliyor.

Gelecekte yapılacak çalışmalar insanlarda da benzer faydalar gösterirse, bu yaklaşım, akıllı elektronik cihazların kan şekerini doğrudan düzenlemeye yardımcı olduğu ve potansiyel olarak geleneksel ilaçlara olan bağımlılığı azalttığı yeni bir diyabet tedavi sınıfının önünü açabilir.