Новый основанный на нанотехнологиях метод регулирования уровня сахара в крови может с помощью небольшого ультразвукового устройства избавить пациентов с сахарным диабетом от ежедневных многократных болезненных инъекций инсулина. Метод разработан учеными из Университета штата Северная Каролина (North Carolina State University) и Университета Северной Каролины в Чэпел Хилл (University of North Carolina at Chapel Hill).

Новый метод позволит больным диабетом
контролировать выброс инсулина с помощью
инъецированной наносети и ультразвукового устройства.
(Фото: University of North Carolina at Chapel Hill)

Организму пациентов с сахарным диабетом 1-го типа или с тяжелым диабетом 2-го типа необходим дополнительный инсулин – гормон, транспортирующий глюкозу из крови в клетки организма. Для поддержания уровня сахара в крови в пределах нормы такие больные должны по мере необходимости получать инъекции инсулина. Но эти инъекции болезненны.

«Надеюсь, это большой шаг к тому, чтобы дать больным диабетом менее болезненный метод поддержания нормального уровня сахара в крови», – говорит доктор Чжэнь Гу (Zhen Gu), старший автор статьи об исследовании, опубликованной в журнале Advanced Healthcare Materials.

Новый метод предполагает введение под кожу пациента биосовместимых биоралагаемых наночастиц из сополимера молочной и гликолевой кислот (poly(lactic-co-glycolic), PLGA), заполненных инсулином.

PLGA-наночастицы имеют либо положительно заряженное покрытие из хитозана (биосовместимого полисахарида из панцирей креветок), либо отрицательно заряженное из альгината (биосовместимого полисахарида из морских водорослей). При смешивании таких частиц в растворе электростатическая сила заставляет положительно и отрицательно заряженные покрытия притягиваться, что приводит к образованию наносети. При введении под кожу эта наносеть удерживает наночастицы, предотвращая их распространение по всему организму.

Покрытые PLGA-наночастицы имеют пористую структуру. Когда такая частица попадает в организм, находящийся в ней инсулин начинает диффундировать. Но большая его часть не рассеивается: благодаря электростатической силе наносети инсулин задерживается в подкожном de facto резервуаре. По сути, это создает дозу инсулина, которая просто ждет, когда ее доставят в кровоток.

Разработанный группой доктора Гу метод избавляет больных от постоянного введения инсулина. Вместо болезненных уколов они могут использовать небольшое портативное устройство для воздействия на наносеть сфокусированными ультразвуковыми волнами. Ультразвук безболезненно выводит инсулин из подкожного резервуара в кровоток.

Исследователи полагают, что их метод работает за счет того, что ультразвуковые волны вызывают образование в тканях микроскопических пузырьков газа, временно разрушающих подкожную наносеть, что приводит к отталкиванию наночастиц друг от друга и ослаблению электростатических сил, воздействующих на инсулин в резервуаре. Это и способствует его выходу в кровоток – процессу, ускоряемому воздействием ультразвуковых волн, «подталкивающих» инсулин.

Интеграция инъецируемой наносети из содержащих инсулин наночастиц со сфокусированной
ультразвуковой системой (focused ultrasound system, FUS) позволяет удаленно регулировать высвобождение инсулина как in vitro, так и in vivo.
Одной подкожной инъекции наносети с периодическим воздействием FUS достаточно для снижения уровня глюкозы в крови до нормы у мышей с моделью
диабета 1-го типа в течение 10 дней. (Фото: Advanced Healthcare Materials)

«Мы знаем, что этот метод работает, и считаем, что он работает именно так, но продолжаем выяснять все детали», – комментирует разработку один из ее соавторов доктор Юнь Цзин (Yun Jing).

При отключении ультразвука электростатическая сила вновь заявляет о себе и собирает частицы. Тогда они начинают выделять больше инсулина, снова заполняя подкожный резервуар.

«Как доказательство правильности концепции мы провели тестирование на лабораторных мышах с сахарным диабетом 1-го типа, – продолжает доктор Гу – и установили, что этот метод обеспечивает быстрый выброс инсулина в кровь, а наносеть содержит достаточное количество инсулина для регулирования уровня глюкозы в течение 10 дней».

Когда инсулин заканчивается, необходимо инъецировать новую сеть. Отработанная же растворяется и полностью абсорбируется организмом за пару недель.

Это достижение, безусловно, даст миллионам больных диабетом во всем мире надежду на лучшие времена. Ученые продолжают работу, чтобы как можно скорее перевести эти захватывающие лабораторные исследования в клиническую практику.

Оригинальная статья

Ultrasound-Triggered Regulation of Blood Glucose Levels Using Injectable Nano-Network