Intelligentes Insulin

Die strikte Kontrolle des Blutzuckerspiegels ist für Menschen mit Diabetes eine tägliche Herausforderung: Sie erfordert eine ständige Überwachung und täglich mehrere Insulininjektionen. Jetzt das Biotech-Unternehmen SmartCells , mit Sitz in Beverly, MA, entwickelt ein Medikament, das die meisten Schwerstarbeit bei der Kontrolle von Diabetes leisten kann. Das injizierbare Medikament namens SmartInsulin erkennt hohe Glukosewerte und gibt bei Bedarf automatisch Insulin ab. Wenn der Glukosespiegel abfällt, stabilisiert sich das Medikament und fängt das Insulin bis zum nächsten Glukoseanstieg ein. Ein solches Medikament kann die Anzahl der erforderlichen Insulininjektionen auf einmal täglich reduzieren.

Intelligente Aufnahmen: Ein neues Medikament, das den Glukosespiegel misst und Insulin nach Bedarf abgibt, kann die Anzahl der täglichen Injektionen bei Patienten mit Diabetes reduzieren. SmartInsulin wirkt über eine kompetitive Bindung, bei der Insulin (orangefarbene Linien), das an eine Zuckergruppe (orangefarbene Sechsecke) gebunden ist, in Lösung an ein zuckerbindendes Molekül (blauer Kreis) bindet. Wenn die Glukose (blaue Sechsecke) im Körper hoch ist, konkurriert sie mit Insulin um die Bindung an die zuckerbindenden Moleküle, verdrängt Insulin und gibt es bei Bedarf in den Blutkreislauf ab.

Todd Zion , Gründer und CEO von SmartCells, sagt, dass ein solches selbstregulierendes Medikament auch das Risiko einer Hypoglykämie verringern kann, eine potenzielle Gefahr, die mit aktuellen Diabetestherapien verbunden ist. Sie werden feststellen, dass bei jeder Person, die Insulin einnimmt, das gefährlichste Risiko eine versehentliche Überdosierung ist oder nicht in der Lage ist, vorherzusagen, wie sich der Blutzuckerspiegel nach einer Mahlzeit ändert, sagt Zion. Vom Standpunkt der Behandlung aus würde dieses [Arzneimittel] das Risiko eines gefährlich niedrigen Blutzuckerspiegels eliminieren.



Normalerweise geben Betazellen in der Bauchspeicheldrüse als Reaktion auf hohe Glukosespiegel das Hormon Insulin in den Blutkreislauf ab. Das Hormon senkt den Glukosespiegel, indem es den Körperzellen hilft, es als Brennstoff aufzunehmen. Bei Diabetes ist die Insulinproduktion beeinträchtigt, was zu ungewöhnlich hohen Spiegeln der zirkulierenden Glukose führt. Das hat schwerwiegende Folgen, darunter verschwommenes Sehen, Veränderungen des Stoffwechsels und plötzlicher Gewichtsverlust.

Diabetespatienten nehmen Insulin derzeit über Stifte und herkömmliche Spritzen ein, die eine Einzeldosis des Arzneimittels abgeben, oder über Insulinpumpen, die den ganzen Tag über kontinuierlich niedrige Dosen abgeben und Insulin in Zeiten abgeben können, in denen es nicht benötigt wird. Die Alternative von SmartCells besteht darin, Insulin chemisch so zu modifizieren, dass das aktive Hormon nur bei Vorliegen einer bestimmten Glukosekonzentration freigesetzt wird. Unter diesem Wert bleibt Insulin bis zum nächsten Blutzuckeranstieg gebunden und unlöslich.

Zion entwickelte die Technologie während seiner Arbeit als Doktorand im Nanostructured Materials Lab des MIT, das von Professor Jackie Ying geleitet wird. In seinen Experimenten modifiziert Zion Insulin, indem er es chemisch an ein biologisch abbaubares Polymer mit klebrigen Zuckergruppen anbindet. Anschließend vermischte er es in Lösung mit einem zuckerbindenden Molekül, das in Abwesenheit anderer Zucker sofort an die an das Insulin gebundenen Zuckergruppen bindet. Wenn sich mehr Bindungsmoleküle an stärker modifiziertem Insulin festhalten, bildet sich ein Netzwerk, das das Insulin an Ort und Stelle hält. Wenn dem System Glukose zugesetzt wird, stößt es die insulingebundene klebrige Zuckergruppe aus dem Weg und greift das zuckerbindende Molekül an. Je mehr Glukose vorhanden ist, desto mehr Insulin wird aus dem Netzwerk ausgeschieden und löst sich auf. Sie können sehen, wie diese Partikel schrumpfen und das Insulin von ihnen abfällt, je nachdem, wie schnell sie vom Zucker aus dem Körper angegriffen werden, sagt Zion.

Das Unternehmen hat das Medikament an Hunderten von Nagetieren getestet und ist kürzlich zu Studien an Schweinen übergegangen, die nicht genug Insulin produzieren – Modelle, die der diabetischen Umgebung beim Menschen ähnlicher sein könnten. In den Experimenten injizierten die Forscher das Medikament in diabetische Tiere und folgten mit Zuckerinjektionen, um eine Mahlzeit zu simulieren. Sie verfolgten die Blutzuckerkonzentrationen mit kontinuierlichen Glukosemonitoren und registrierten auch die Menge an Insulin, die als Reaktion auf einen erhöhten Glukosespiegel freigesetzt wurde. Bisher hat das Team von Zion beobachtet, dass das Medikament in der Lage ist, schwankende Glukosespiegel zu erkennen und sich an sie anzupassen und Insulin nach Bedarf abzugeben, wodurch die Konzentrationen stabil gehalten werden und gleichzeitig Insulinüberdosierungen vermieden werden, die zu Hypoglykämie führen können. Die Gruppe plant, die Technologie in Zukunft mit bestehenden Geräten zur Insulinabgabe zu vergleichen.

Die Idee, Insulin zu haben, das auf Glukose reagiert, und einmal täglich oder alle drei oder vier Tage eine Injektion zu bekommen, wäre ein wunderbarer Fortschritt für Diabetiker, sagt Michael Sefton , Professor für Chemieingenieurwesen und angewandte Chemie an der University of Toronto. Dies könnte es ihnen ermöglichen, den Blutzucker besser zu kontrollieren und die Insulinabgabe an ihren Insulinbedarf anzupassen. Obwohl die ersten Daten vielversprechend erscheinen, ist laut Sefton noch nicht klar, ob das Medikament schnell genug wirkt, um beim Menschen wirksam zu sein.

Zion beabsichtigt, innerhalb der nächsten zwei Jahre mit klinischen Studien zu beginnen. Letzte Woche erhielt SmartCells 1 Million US-Dollar zur Finanzierung von Sicherheits- und Wirksamkeitsstudien in präklinischen Tierversuchen im Rahmen einer Partnerschaft mit dem Stiftung für Jugenddiabetesforschung .

Vor Beginn klinischer Studien müssen sich die Forscher vergewissern, dass das Medikament im Wesentlichen narrensicher ist – das heißt, dass außer Glukose keine molekularen Signale vorhanden sind, die unnötig Insulin in den Blutkreislauf freisetzen könnten, sagt Friedrich Schön , Professor für Pathologie und Gesundheitswissenschaften und Technologie an der Harvard Medical School. Sie müssen Insulinausbrüche vermeiden, die gefährlich sein können, sagt Schoen. Es ist ein spannendes Konzept, das verfolgt werden sollte, aber viele Fragen sollten dabei beantwortet werden.

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