Ultralyd, nanopartikler kan hjælpe diabetikere med at undgå nålen

En ny nanoteknologi-baseret teknik til regulering af blodsukker hos diabetikere kan give patienter mulighed for at frigive insulin smertefrit ved hjælp af et lille ultralydsapparat, giver dem mulighed for at gå dage mellem injektionerne – i stedet for at bruge nåle til at give sig selv flere insulininjektioner hver dag. Teknikken er udviklet af forskere ved North Carolina State University og University of North Carolina ved Chapel Hill.

"Dette er forhåbentlig et stort skridt i retning af at give diabetikere en mere smertefri metode til at opretholde sunde blodsukkerniveauer, " siger Dr. Zhen Gu, seniorforfatter til et papir om forskningen og en adjunkt i det fælles biomedicinske ingeniørprogram ved NC State og UNC-Chapel Hill.

Teknikken går ud på at sprøjte biokompatible og bionedbrydelige nanopartikler ind i en patients hud. Nanopartiklerne er lavet af poly(mælke-co-glykol)syre (PLGA) og er fyldt med insulin.

Hver af PLGA nanopartiklerne får enten en positivt ladet belægning lavet af chitosan (et biokompatibelt materiale, der normalt findes i rejeskaller), eller en negativt ladet belægning lavet af alginat (et biokompatibelt materiale, der normalt findes i tang). Når opløsningen af ​​overtrukne nanopartikler blandes sammen, de positivt og negativt ladede belægninger tiltrækkes af hinanden af ​​elektrostatisk kraft for at danne et "nano-netværk." Efter injektion i det subkutane lag af huden, at nano-netværk holder nanopartiklerne sammen og forhindrer dem i at sprede sig i hele kroppen.

De coatede PLGA nanopartikler er også porøse. En gang i kroppen, insulinet begynder at diffundere fra nanopartiklerne. Men hovedparten af ​​insulinet kommer ikke langt-det er suspenderet i et de facto-reservoir i det subkutane lag af huden af ​​den elektrostatiske kraft i nano-netværket. Dette skaber i det væsentlige en dosis insulin, der blot venter på at blive leveret til blodbanen.

Når en patient har type 1 eller fremskreden type 2 diabetes, hans eller hendes krop har brug for yderligere insulin, et hormon, der transporterer glukose – eller blodsukker – fra blodbanen ind i kroppens celler. Disse diabetespatienter skal injicere insulin efter behov for at sikre, at deres blodsukkerniveauer er i det "normale" område. Imidlertid, disse injektioner kan være smertefulde.

Ved at bruge den nye teknologi udviklet af Gus team, en diabetespatient behøver ikke at injicere en dosis insulin – den er der allerede. I stedet, patienter kan bruge en lille, håndholdt enhed til at påføre fokuserede ultralydsbølger på stedet for nano-netværket, smertefrit frigivelse af insulin fra dets de facto reservoir til blodbanen.

Forskerne mener, at teknikken virker, fordi ultralydsbølgerne exciterer mikroskopiske gasbobler i vævet, midlertidig forstyrrelse af nano-netværket i det subkutane lag af huden. Den forstyrrelse skubber nanopartiklerne fra hinanden, afspænding af den elektrostatiske kraft, der udøves på insulinet i reservoiret. Dette gør det muligt for insulinet at begynde at trænge ind i blodbanen - en proces fremskyndet af effekten af ​​ultralydsbølgerne, der presser på insulinet.

"Vi ved, at denne teknik virker, og vi tror, ​​det er sådan det virker, men vi forsøger stadig at bestemme de præcise detaljer, " siger Dr. Yun Jing, en assisterende professor i maskinteknik ved NC State og co-korresponderende forfatter til papiret.

Når ultralyden fjernes, den elektrostatiske kraft gør sig selv gældende og trækker nanopartiklerne i nano-netværket sammen igen. Nanopartiklerne diffunderer derefter mere insulin, genopfyldning af reservoiret.

"Vi har foretaget proof-of-concept test i laboratoriemus med type 1-diabetes, " siger Gu. "Vi fandt ud af, at denne teknik opnår en hurtig frigivelse af insulin i blodbanen, og at nano-netværkene indeholder nok insulin til at regulere blodsukkerniveauet i op til 10 dage."

"Når insulinet løber tør, du skal injicere et nyt nano-netværk, " siger Jin Di, hovedforfatter af papiret og en ph.d. studerende i Gus forskningslaboratorium. "Det tidligere nano-netværk er opløst og fuldt absorberet i kroppen i løbet af et par uger."

"Dette fremskridt vil helt sikkert give millioner af mennesker med diabetes verden over håb om, at der venter bedre dage, " siger Dr. John Buse, direktør for UNC-Chapel Hill's Diabetes Care Center og vicedirektør for UNC-Chapel Hill's NIH Clinical and Translational Sciences Award. "Vi skal arbejde på at oversætte disse spændende undersøgelser i laboratoriet til klinisk praksis."