ETH-Forscher von der Abteilung für Biosysteme ( D-BSSE ) in Basel haben eine implantierbare Vorrichtung , die genau überwacht Säureaufbauim Körper für Menschen mit Diabetes und Insulin produziert , wenn Azidose zu einer Gefahr entwickelt.
Viele menschliche Stoffwechselfunktionen reibungslos läuft nur, wenn der Säurespiegel im Körper bleibt neutral und stabil. Für den Menschen liegen normalen Blut-pH- Werte zwischen 7,35 und 7,45 . Im Vergleich dazu , ist eine leere Magen extrem sauer , mit einem pH -Wert von 1,5 .
Der Körper überwacht ständig diese engen pH- Band und stellt die ideale pH-Werte im Falle von Abweichungen schnell . Das ist, weil viele Proteine nicht mehr ordnungsgemäß funktionieren , wenn Flüssigkeiten im Körper sogar noch etwas mehr sauer zu werden. Diese Proteine instabil und verändern ihre Struktur oder Wechselwirkungen mit anderen Proteinen , wodurch ganze Stoffwechselwege zu brechen .
Menschen mit Typ 1 Diabetes sind besonders gefährdet, von hohem Säuregehalt . Ihre Körper produziert kein Insulin , das Hormon, das den Blutzuckerspiegel reguliert , so dass ihre Zellen können jede Glukose aus dem Blut nicht aufnehmen und müssen in eine andere Energiequellezu erschließen : Fettreserven . Dabei produziert die Leber beta- Hydroxybutyrat , eine Säure, die die Muskeln und Gehirn mit Energie über den Blutkreislauf versorgt . Wenn der Körper weiterhin Fettreserven für Energie zu verwenden , jedoch ergibt sich daraus so viel Säure, pH-Wert des Blutes sinkt , während die Zuckermoleküle im Blut zirkulieren ungenutzt. Wenn der Mangel an Insulin wird nicht bemerkt oder nicht rechtzeitig behandelt , können die Menschen mit Typ 1 Diabetes von Ketoazidose sterben - Stoffwechselschlagvon einem Überschuss von beta-Hydroxybutyrat resultieren.
Sensor misst Säure
Einen Sensor, der misst ständig Blut-pH und ein Gen, das Feedback-Mechanismus , der die notwendige Menge produziert : Ein Team von Bio-Ingenieure von der ETH Zürich Institut für Biosysteme ( D-BSSE ) in Basel haben nun eine neue implantierbare molekularen Gerät aus zwei Modulen entwickelt Insulin . Sie bauten beide Module aus biologischen Komponenten wie verschiedene Gene und Proteine , und sie in kultivierten Nierenzellen . Die Forscher dann Millionen dieser maßgeschneiderten Zellen in Kapseln, die als Implantate im Körper verwendet werden können eingebettet.
Das Herzstück des implantierbaren molekularen Gerät ist der pH -Sensor, der eine präzise Säure im Blut misst und reagiert empfindlich auf geringfügige Abweichungen von der idealen pH-Wert . Wenn der pH-Wert unterschreitet 7,35 sendet der Sensor ein Signal an die Insulinproduktion auslösen . Solch ein niedriger pH-Wert ist spezifisch für Typ -1-Diabetes : Obwohl Blut-pH sinkt auch durch Alkoholmissbrauch oder Übung aufgrund der Übersäuerung der Muskulatur , ist es nicht unter 7,35 fallen . Das Hormon Insulin sorgt dafür, dass die normalen Zellen im Körper absorbieren Glukose wieder und schalten aus Fett , Zucker als Energiequelle für den Stoffwechsel , und der pH-Wert wieder steigt als Folge . Sobald Blut-pH wieder in den optimalen Bereich , schaltet sich der Sensor aus und die Zellen umprogrammiert ihre Produktion von Insulin.
Insulinspiegel wieder normal
Die Forscher haben bereits ihre Erfindung getestet an Mäusen mit Typ 1 Diabetes und verwandte Azidose. Die Ergebnisse sind vielversprechend : Mäuse, die mit den Kapseln implantiert produzierte die Insulinmenge entsprechend ihrer individuellen Säuremessungen . Die Hormonspiegel im Blut war vergleichbar mit der von gesunden Mäusen reguliert ihre Insulinspiegel natürlich . Das Implantat auch größere Abweichungen des Blutzucker kompensiert.
"Anwendungen für den Menschen denkbar , basierend auf diesem Prototyp , aber sie sind noch zu entwickeln ", sagt Martin Fussenegger . "Wir wollten einen Prototyp erstellen Sie zuerst , ob molekulare Prothesen könnte sogar für solche Feineinstellungen an Stoffwechselprozessen verwendet werden ", sagt er . Herstellung eines Produkts, wie dies für den Markt ist jedoch über den Rahmen der Mitarbeiter seines Instituts und finanziellen Ressourcen , sagt Fussenegger , und müsste daher in Zusammenarbeit mit einem Industriepartner verfolgt werden.
Umfangreiche Erfahrung in der Stoffwechselerkrankungen
Forscher in Fussenegger Gruppe bereits Schlagzeilen mehrmals mit ähnlichen synthetischen Netzen . Zum Beispiel kann ein Implantat, entwickelten sie mit Genen , die mit blauem Licht aktiviert werden können , wodurch GLP -1, die die Insulinproduktion reguliert . Sie haben auch ein Netzwerk, das metabolische Syndrom , einen Prozess in Gang von einem autorisierten Blutdruckmedizingesetzt beseitigt zusammen. Alle diese Netzwerke reagieren auf ein Signal und erzeugen eine hormonell wirksame Substanz . Das Besondere an der neuen Rückkopplungsmechanismus ist jedoch, dass der Körper selbst das Signal , das dann durch einen Sensor, der eine fein abgestimmte therapeutische Reaktion auslöst erkannt produziert .
Drei Gruppen aus der D-BSSE arbeitete an der vorliegenden Projekts. Fussenegger Gruppe etablierte das genetische Netzwerk; Professor für Biosystemtechnik Andreas Hierlemann und sein Team testeten die Säure -Sensor mit Hilfe von Mikrofluid- Plattformen ; und Jörg Stelling , Professor für Systembiologie , modelliert es um die Dynamik der Insulinproduktion zu schätzen.