Исследователи разработали имплантируемый топливный элемент, который вырабатывает электричество из избытка глюкозы в крови. Устройство предназначено для лечения диабета 1-го типа. Биоинженеры из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) разработали прототип топливного элемента, который имплантируется под кожу и преобразует сахар крови в электрическую энергию. Энергия используется для производства инсулина с помощью капсулы, содержащей искусственные бета-клетки. Установка помогает справиться с сахарным диабетом 1-го типа.

Топливный элемент состоит из анода из наночастиц на основе меди. Он расщепляет глюкозу на глюконовую кислоту и протон для выработки электричества, которое приводит в движение электрическую цепь. Устройство завернуто в нетканый материал и покрыто альгинатом, биосовместимым продуктом из экстракта водорослей.

Готовый топливный элемент напоминает чайный пакетик, но его можно имплантировать под кожу человека. Альгинат впитывает жидкость организма и позволяет глюкозе проходить из ткани в топливный элемент внутри.

Исследователи соединили этот источник электричества с разработанной ранее капсулой, содержащей искусственные бета-клетки. Они имитируют работу эндокринной части поджелудочной железы, которая производит инсулин. Искусственные клетки можно стимулировать к выработке и секреции гормона с помощью электрического тока или синего светодиодного света.

Схема, иллюстрирующая работу устройства при испытаниях на мышах. Имплант активирует производство инсулина при росте уровне глюкозы в крови, гормон снижает уровень сахара в крови, после этого питание отключается и выработка инсулина прекращается. Изображение: Maity D, et al, Adv. Mater.

Готовая система совмещает выработку энергии и контролируемую подачу инсулина. Как только топливный элемент регистрирует избыток глюкозы, он начинает генерировать энергию. Затем эта электрическая энергия используется для стимуляции клеток, которая приводит к выработке и высвобождению инсулина. В результате уровень сахара в крови падает до нормального уровня.

При диабете 1 типа организм вырабатывает недостаточно инсулина. Это означает, что пациенты должны получать гормон извне, чтобы регулировать уровень сахара в крови. Как правило, для этого используют инсулиновые помпы, которые прикрепляются непосредственно к телу. Эти устройства требуют надежного источника энергии, как правило, используются батарейки. Исследователи полагают, что автономная имплантируемая система может стать удобной альтернативой для пациентов с таким типом диабета.