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Elektrogenes Insulin

04.06.2020

Mithilfe eines Implantats, das das Hormon als Reaktion auf ein Funksignal freisetzt, kann der gewünschte Insulinspiegel im Blut aufrechterhalten werden.

Normalerweise steigt der Insulinspiegel nach dem Essen an: Spezielle Zellen in der Bauchspeicheldrüse (Betazellen), die es synthetisieren, spüren den Anstieg des Blutzuckerspiegels und schütten Insulin aus. Körperzellen erhalten ein Insulinsignal und beginnen aktiv Glukose aufzunehmen. Aber wenn die Zellen der Bauchspeicheldrüse nicht funktionieren, wenn es wenige von ihnen gibt, wenn sie abgestorben sind (wie bei Typ-XNUMX-Diabetes), dann müssen Sie den Insulinspiegel selbst überwachen.

Der Insulinspiegel sollte zeitnah ansteigen, er sollte nicht zu wenig oder zu viel sein. Regelmäßige Insulininjektionen sollten unbedingt vor den Mahlzeiten erfolgen und auf keinen Fall vergessen werden, nach der Injektion zu essen, da sonst der Zuckerspiegel sehr stark absinkt. Langwirksame Insulinpräparate sind jedoch schon relativ lange erhältlich: Sie beginnen nicht sofort zu wirken, sondern nach einer Stunde, zwei oder sogar acht Stunden, und dann wirken solche Präparate auch sehr lange, bis zu 30 Stunden. Insulin wird allmählich ins Blut freigesetzt, als würde es die normale Funktion der Insulin synthetisierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse simulieren.

Forschende der ETH Zürich sind noch einen Schritt weiter gegangen und haben ein Insulinimplantat entwickelt, das Insulin über ein Funksignal von aussen abgibt. Das Implantat besteht aus zwei Teilen, einem elektronischen und einem zellulären. Der elektronische Teil ist ein Mikroschaltkreis, der ein Signal empfängt und einen elektrischen Impuls erzeugt. Im Zellteil sitzen lebende Betazellen, die einen elektrischen Impuls erhalten und als Reaktion Insulin freisetzen.

Natürlich sind diese Zellen nicht einfach, sondern modifiziert: Sie synthetisieren Proteine, die Kalzium- und Kaliumionen durch die Membran passieren lassen. Das Molekularionentor nimmt einen elektrischen Impuls wahr, Ionen beginnen, sich in die Zelle hinein und aus ihr heraus zu bewegen, und diese Neuanordnung von Ionen setzt eine Kette von intrazellulären Signalen in Gang, die das Insulingen erreichen.

In einer anderen Version synthetisierten Zellen trotzdem Insulin und sammelten es in sich selbst in Membranvesikeln – ein elektrischer Impuls zwang die Zelle, diese Vesikel zur äußeren Membran zu bringen und sie nach außen zu entleeren. Ein Artikel in Science besagt, dass das Implantat bei Mäusen mit Typ-10-Diabetes erfolgreich funktionierte: Die Insulinkonzentrationen erreichten XNUMX Minuten nach dem Signalton ihren Höhepunkt und der Blutzucker fiel schnell auf normale Werte.

Ein solches Implantat kann von einer Anwendung in einem Smartphone aus eingeschaltet werden, außerdem kann das Implantat selbst so verbessert werden, dass es den Glukosespiegel im Blut misst, so dass es autonom arbeitet, wie ein Herzschrittmacher. Allerdings müssen die darin enthaltenen Zellen immer noch regelmäßig ausgetauscht werden, und dieses Verfahren sollte offensichtlich nicht kompliziert und teuer sein, da das elektrogenetische Implantat sonst nicht in der Lage sein wird, mit anderen Insulinwirkstoffen zu konkurrieren.

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Features:

Geringe Laufzeitverzögerung (37 ns);
Gleichtaktimmunität CMTI > 150 V/ns;
Ausgangsspannung: 4,5...20 V, Ausgangsstrom +4 A / -8 A;
Unterspannungsüberwachungsfunktion (UVLO);
Hoher Isolationspegel 2EDSx: 5.7 kV (RMS), 2EDFx: 1.5 kV (DC).

Anwendungsgebiete:

Industrielle SMPS;
Telekommunikationssysteme;
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Ladesysteme für Elektrofahrzeuge;
Intelligente Stromversorgungsnetze (Smart Grid).

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