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Elektroimplantat senkt Blutzucker ohne Medikamente
Zuckerabbau per Strom: Ein kleines Implantat kann überschüssige Glukose chemisch umwandeln, statt mit Medikamenten in den Stoffwechsel einzugreifen. In Versuchen mit diabetischen Mäusen normalisierte sich der Blutzucker binnen einer Stunde, und die Tiere verloren während einer sechswöchigen Behandlung an Gewicht. Ob diese Technik auch beim Menschen sicher und wirksam wäre, ist noch offen.
Zürich (Schweiz). Bei Typ-2-Diabetes bleibt der Blutzuckerspiegel häufig dauerhaft erhöht, weil Körperzellen schlechter auf Insulin reagieren. Viele Patienten leiden zugleich an starkem Übergewicht. Medikamente können die Glukosewerte senken, doch die Behandlung ist oft langfristig notwendig und nicht jeder Wirkstoff wirkt bei jedem Betroffenen gleichermaßen gut.
Automatisierte Systeme koppeln bereits heute die Glukosemessung mit einer Therapie. So können intelligente Diabetes-Pflaster bei erhöhten Werten gezielt Arzneimittel abgeben. Ein neuer Ansatz setzt nun an einer anderen Stelle an: Er soll überschüssigen Zucker durch eine elektrisch gesteuerte chemische Reaktion aus dem Stoffwechsel entfernen, ohne selbst ein Medikament freizusetzen.
Forscher der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) um Prof. Dr. Martin Fussenegger haben dafür ein drahtlos betriebenes Implantat entwickelt und an Mäusen mit Typ-2-Diabetes und Adipositas getestet. Das System trägt den Namen ECHO, die englische Abkürzung für eine elektrokatalytische Gesundheitsoptimierung im geschlossenen Regelkreis.
Das Herzstück ist ein elektrisch aktivierbarer Katalysator aus Graphitfilz, Gold-Nanostrukturen und winzigen Platinpartikeln. Unter Spannung wandelt er Glukose in Glukonat um. Diese verwandte chemische Verbindung kann über die Nieren ausgeschieden werden. Der Katalysator kommt ohne Enzyme oder lebende Zellen aus, was seine technische Handhabung erleichtern könnte.
Die Steuerung übernimmt ein Sensor, der den Zuckergehalt im Gewebe laufend misst. Steigt der Wert über eine festgelegte Grenze, übermittelt ein Smartphone ein Signal an das Implantat und schaltet den Katalysator ein. Bei sinkenden Werten wird die Umwandlung gestoppt. Der Regelkreis soll verhindern, dass der Blutzucker zu stark absinkt.
„Und der Katalysator wird nur dann aktiv, wenn die Glukosewerte zu hoch sind“, erklärt Prof. Dr. Martin Fussenegger.
Im Versuch mit diabetischen Mäusen reichten 0,75 Volt und zehn Milliampere aus, um die erhöhten Glukosewerte innerhalb einer Stunde wieder in den normalen Bereich zu bringen. Über sechs Wochen verloren die behandelten Tiere zudem an Gewicht. Zugleich nahmen ihre Triglyzeridwerte ab, während freie Fettsäuren und Ketonkörper im Blut anstiegen. Das deutet darauf hin, dass die Tiere verstärkt Fett als Energielieferanten nutzten.
Dass der Katalysator grundsätzlich auch größere Flüssigkeitsmengen bewältigen kann, zeigte ein separater Labortest mit fünf Litern glukosehaltiger Nährlösung. Dies entspricht ungefähr dem Blutvolumen eines Erwachsenen, ist aber kein Wirksamkeitsnachweis im menschlichen Körper. In einem weiteren zwölf Tage dauernden Mausversuch ließ sich das Implantat mit einem handelsüblichen Glukosesensor und einem Smartphone automatisch steuern.
Während der sechswöchigen Untersuchungen wurden weder Unterzuckerungen noch eindeutige schädliche Veränderungen des Verhaltens oder Entzündungsreaktionen beobachtet. Auch Hinweise auf unmittelbar durch den Strom ausgelöste Gewebeschäden blieben aus.