Японские ученые создали систему автоматической доставки инсулина в кровь без электронного управления. Она сделана на основе синтетического полимера с остатками бороновой кислоты, меняющего проницаемость в зависимости от уровня глюкозы в среде. Больным диабетом пациентам с такой системой не придется самостоятельно регулировать дозы инсулина, поскольку система будет вносить их в кровь автоматически. Статья с описанием опубликована в Science Advances.

Сахарный диабет — очень распространенное заболевание, при котором нарушено усвоение глюкозы из-за абсолютной или частичной недостаточности гормона инсулина. Инсулин вырабатывается поджелудочной железой и необходим для поддержания определенного уровня глюкозы в крови. При его недостатке уровень глюкозы неконтролируемо растет, что при тяжелой форме диабета может приводить к гипергликемической коме и смерти. На 2016 год в мире было зарегистрировано 422 миллиона человек с диабетом разной степени тяжести. В среднем 8,5 процентов взрослых людей болеют сахарным диабетом.

Существуют системы автоматической доставки инсулина. На данный момент самая распространенная система такого рода — электронная «открытая» система, определяющая уровень глюкозы, с помощью которой человек сам контролирует поставку инсулина в кровь. Однако такой метод, с одной стороны, зачастую связан с неточностями расчетов дозы, а с другой стороны, для некоторых пациентов оказывается слишком сложным (например, для пожилых людей или, наоборот, для маленьких детей).

Технология, которую разработали Акира Матсумото (Akira Matsumoto) и его коллеги, основана на работе «умного геля». Этот гель чувствителен к уровню глюкозы в крови, и поставляет необходимую дозу инсулина в кровь через катетер самостоятельно. Это происходит следующим образом: когда глюкозы в крови много, гель становится более проницаемым, и сквозь него в кровь поступает больше инсулина. Когда уровень глюкозы падает, гель, напротив, становится непроницаемым, как кожа, и поставка инсулина в кровь прекращается.

Использование гидрогелей для определения уровня глюкозы — идея не новая, но технологии, которые были опробованы ранее (например, гели на основе глюкозооксидазы и лектинов) оказывались слишком неустойчивыми и, зачастую, цитотоксичными (вызывали патологические изменения в клетках). В данном случае ученые создали синтетическую небелковую полимерную структуру. В основе ее действия лежит чувствительность к глюкозе бороновой кислоты (HB(OH)2). Связываясь с глюкозой, остаток этой кислоты меняет проницаемость всего полимера, и оболочка, которая «сдерживает» поток инсулина в кровь в катетере становится более проницаемой.

Принцип действия геля с остатками бороновой кислоты
Принцип действия геля с остатками бороновой кислоты

Система была протестирована вначале in vitro, на фибробластах, а затем in vivo, на мышах с диабетом разного типа и контрольной группе мышей. Работу ее наблюдали в течение трех недель и добились положительных результатов: после приема пищи у мышей с диабетом, у которых нужное количество инсулина не вырабатывается в организме, уровень глюкозы сначала повышался, гель становился более проницаемой, после чего нужное количество инсулина поступало в кровь. Уровень глюкозы снижался в крови до нормальных значений уже через 15 минут.

Схема работы катетера с инсулином
Схема работы катетера с инсулином

Ученые отмечают, что по сравнению с электронными механизмами такое устройство гораздо дешевле, проще в эксплуатации и обладает большим запасом прочности.