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Injizierbarer Blutzuckersensor könnte die Diabeteskontrolle erleichtern
Blutzuckerkontrolle unter der Haut: Ein experimenteller Sensor könnte künftig mit deutlich günstigeren Messstoffen auskommen. In Laborversuchen reagierte ein fluoreszierender Zuckerbaustein auf Glukose ähnlich zuverlässig wie eine etwa zehnmal teurere Variante. Das könnte die Entwicklung erschwinglicher Messsysteme voranbringen. Ein kontinuierlich arbeitendes Implantat wurde damit jedoch noch nicht nachgewiesen.
College Station (U.S.A.). Für viele Menschen mit Diabetes gehört die regelmäßige Kontrolle des Glukosespiegels zum Alltag. Kontinuierliche Messsysteme erleichtern dies, weil sie Veränderungen laufend erfassen, müssen aber meist regelmäßig ersetzt werden und können hohe Kosten verursachen.
Ein Sensor, der sich vollständig unter der Haut platzieren lässt, könnte eines Tages eine Alternative bieten. Dafür muss seine Messchemie zuverlässig auf wechselnde Glukosekonzentrationen reagieren und über längere Zeit im Gewebe verbleiben, ohne dass die Materialien zu teuer werden.
Forscher der Texas A&M University (TAMU) um Dr. Sayantan Tripathy haben nun einen billigeren Zuckerbaustein für einen optischen Glukosesensor untersucht. Statt der bisher eingesetzten α-Mannopentaose testeten sie die chemisch verwandte β-Mannopentaose, die laut ihrer Kostenanalyse ungefähr ein Zehntel so teuer ist.
Im Labor reagierten beide Varianten ähnlich auf steigende Glukosekonzentrationen. Die günstigere Verbindung zeigte im Fluoreszenzversuch eine Messantwort zwischen 25 und 400 Milligramm Glukose pro Deziliter und verhielt sich bis etwa 300 Milligramm pro Deziliter annähernd linear. Auch in künstlich hergestellter Gewebeflüssigkeit waren reproduzierbare Signale nachweisbar.
„Überraschend war, wie ähnlich die Leistung des günstigeren Materials der des teureren Alternativstoffs war. In diesem Fall war die billigere Variante nicht wirklich ein Kompromiss, und das ist eine wichtige Erkenntnis für künftige Technologien zur Glukosemessung“, sagt Dr. Sayantan Tripathy.
Das Messprinzip kommt ohne die Enzyme aus, auf denen viele heute genutzte Sensoren beruhen. Stattdessen konkurrieren Glukose und ein mit einem Farbstoff versehenes Zuckermolekül um Bindungsstellen am Protein Concanavalin A, kurz ConA. Steigt die Glukosekonzentration, verdrängen die Glukosemoleküle zunehmend den markierten Zucker.
Dadurch verändert sich die Fluoreszenz des Farbstoffs im nahinfraroten Bereich, also jenseits des für Menschen sichtbaren Lichts. Aus der Stärke dieser Veränderung lässt sich unter kontrollierten Laborbedingungen auf die Glukosekonzentration schließen. Eine Messung des Signals durch die Haut hindurch wurde in dieser Studie allerdings noch nicht erprobt.
Für die spätere Anwendung haben die Forscher die Sensormischung in einen kleinen, wasserreichen Hohlkörper aus Hydrogel eingebracht. Der zylindrische Träger misst ungefähr 2,5 Millimeter im Durchmesser und elf Millimeter in der Länge. Seine feinen Poren sollen Glukose durchlassen, die größeren Bestandteile der Messmischung aber zurückhalten.
In einem siebentägigen Labortest blieben mehr als 94 Prozent des fluoreszenzmarkierten Zuckerbausteins in dem Hydrogel eingeschlossen. Das belegt zunächst die Rückhaltewirkung des Materials, nicht aber eine sieben Tage lang stabile kontinuierliche Glukosemessung. Auch wiederholte Glukoseschwankungen im fertigen Sensor wurden noch nicht unter realen Gewebebedingungen untersucht.