Implante eléctrico reduce glucosa y peso en ratones

La creciente prevalencia global de la diabetes tipo 2, asociada frecuentemente a la obesidad y al sedentarismo, ha impulsado la búsqueda de terapias que vayan más allá de la simple inyección de insulina. Aunque este tratamiento ayuda a las células musculares a absorber la glucosa del torrente sanguíneo, no resuelve el excedente crónico de energía corporal; si dicha energía no se consume, se transforma en grasa, lo que explica por qué muchos pacientes siguen aumentando de peso pese a estar tratados.

Frente a esta limitación, un grupo liderado por Martin Fussenegger, profesor del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Biosistemas de ETH Zurich en Basilea, ha presentado una alternativa terapéutica publicada en la revista Science. El sistema propuesto consiste en un dispositivo implantable que emplea un catalizador activado eléctricamente para reducir los niveles de azúcar en sangre, marcando un cambio de paradigma respecto a los enfoques farmacológicos convencionales.

Catalizador inorgánico sin células

Durante años, el equipo de Basilea exploró redes genéticas para regular la glucemia, pero estas soluciones dependían de componentes biológicos que planteaban desafíos significativos en términos de tolerancia inmunitaria, estabilidad, fabricación y aprobación regulatoria. La nueva propuesta elimina estos obstáculos al utilizar un catalizador compuesto exclusivamente por materiales inorgánicos, prescindiendo de células, enzimas u otros elementos vivos.

La estructura del catalizador está formada por fieltro de grafito incrustado con nanoclústeres de oro, los cuales están decorados a su vez con partículas aún más pequeñas de platino. Según Fussenegger, estos materiales demostraron una excelente biocompatibilidad durante el estudio experimental. La superficie nanoestructurada fue desarrollada directamente por los investigadores, quienes también integraron una unidad de control electrónico alojada en una carcasa impresa en 3D.

El suministro de energía se realiza de forma inalámbrica a una frecuencia de 13,56 MHz, banda internacionalmente designada para aplicaciones industriales, científicas y médicas. Este diseño permite que el dispositivo funcione sin necesidad de baterías internas complejas ni conexiones físicas invasivas para la carga.

Mecanismo de conversión y cierre de bucle

El principio de acción radica en la transformación del exceso de glucosa sanguínea en gluconato. Al producirse esta conversión, parte del azúcar deja de ser metabolizada y almacenada en los tejidos, lo que contribuye a limitar la acumulación de grasa corporal. Posteriormente, el gluconato generado es excretado a través de la orina, eliminándolo del organismo.

El funcionamiento se gestiona mediante un sistema de bucle cerrado controlado inalámbricamente. Un sensor estándar de glucosa, similar a los utilizados habitualmente en el brazo superior por personas diabéticas, monitoriza continuamente los niveles tisulares. Si la concentración de azúcar supera el umbral deseado tras una comida, el sensor envía una señal vía Bluetooth a un smartphone o smartwatch.

El dispositivo inteligente activa entonces el catalizador, que utiliza la energía eléctrica recibida para convertir la glucosa. Una vez que los niveles descienden al objetivo, el sistema se apaga automáticamente, protegiendo al paciente de hipoglucemias peligrosas. Esta autonomía operativa asegura que la intervención solo ocurra cuando sea fisiológicamente necesaria.

Resultados en modelos animales

En pruebas de laboratorio, el equipo validó inicialmente el sistema en un reservorio de cinco litros de solución nutritiva con glucosa, volumen equivalente aproximado a la sangre humana total. Los resultados confirmaron la capacidad del catalizador para procesar el azúcar en dicha cantidad. A continuación, se experimentó con ratones diabéticos, observándose una regulación precisa de la glucemia.

Los animales tratados perdieron peso, mostraron buena tolerancia al implante y el dispositivo operó de manera fiable durante un periodo de seis semanas. Fussenegger destacó que el sistema funciona a muy bajo voltaje y que los experimentos no revelaron evidencias de daño tisular debido a efectos eléctricos o térmicos.

Aunque los hallazgos son prometedores, el equipo aún no ha probado el dispositivo en humanos. No obstante, planean desarrollar la tecnología hasta convertirla en un producto médico. Dado que el mecanismo reductor de glucosa opera sin células ni enzimas, el proceso técnico podría ser más sencillo. Además, los componentes necesarios, incluidos los sistemas de control externo y transmisión inalámbrica de potencia, ya han sido desarrollados y están disponibles comercialmente.

Fussenegger describe esta evolución como un desplazamiento desde los fármacos tradicionales hacia tratamientos escalables y controlados electrónicamente, integrables en entornos digitales como el Internet de las Cosas. "Durante décadas hemos tratado la diabetes diciendo al cuerpo cómo gestionar la glucosa. Ahora mostramos que podemos tomar el control directo de la glucosa usando electrónica en lugar de drogas", afirma el investigador. "Y el catalizador solo se activa cuando los niveles de glucosa son demasiado altos".