Электронный имплант снижает сахар и вес у мышей

Исследователи из Цюрихского федерального технологического института (ETH Zurich) представили новую технологию лечения диабета второго типа. Команда под руководством профессора Мартина Фуссенегера из Департамента биосистемных наук и инженерии в Базеле создала имплантируемую систему, использующую электрический катализатор для снижения уровня глюкозы в крови. Результаты работы опубликованы в журнале Science.

Отказ от биомолекул в пользу электроники

Диабет второго типа часто ассоциируется с ожирением, малоподвижным образом жизни и избыточным потреблением энергии на протяжении многих лет. Инъекции инсулина помогают мышечным клеткам усваивать глюкозу, но не устраняют хронический энергетический профицит: неиспользованная энергия превращается в жир, что объясняет набор веса даже при лечении.

Ранее базельская группа изучала системы регуляции сахара на основе генетических сетей. Однако такие подходы зависят от биологических компонентов, что создает проблемы с иммунной толерантностью, стабильностью, производством и регуляторным одобрением. Новая система лишена этих недостатков благодаря полностью неорганическому катализатору, не требующему клеток или ферментов.

Структура и принцип действия устройства

Катализатор состоит из графитового войлока, покрытого золотыми нанокластерами, которые, в свою очередь, декорированы более мелкими частицами платины. Наноструктурированная поверхность была разработана самой командой. В экспериментальном исследовании материалы продемонстрировали отличную биосовместимость, отмечает Фуссенегер.

Имплант включает электронный блок управления в корпусе, напечатанном на 3D-принтере. Питание подается беспроводным способом на частоте 13,56 МГц — международно выделенном для промышленных, научных и медицинских приложений. Система работает по замкнутому контуру: стандартный датчик глюкозы, аналогичный носимым устройствам для диабетиков, непрерывно мониторит уровень сахара в тканях.

Механизм снижения веса и результаты тестов

При повышении уровня сахара после еды датчик отправляет сигнал через Bluetooth на смартфон или умные часы. Умное устройство активирует катализатор, который использует электрическую энергию для преобразования избыточной глюкозы в крови в глюконат. Это вещество затем выводится с мочой. Поскольку часть глюкозы больше не метаболизируется и не запасается в тканях, это ограничивает накопление жировых отложений. Как только уровень сахара снижается до целевого значения, устройство автоматически отключается, защищая пациента от гипогликемии.

В лабораторных условиях систему протестировали в резервуаре объемом 5 литров с питательным раствором, содержащим глюкозу (примерный объем крови человека). Катализатор успешно преобразовывал глюкозу в этом объеме. Далее испытания провели на диабетических мышах: уровень сахара регулировался точно, животные теряли в весе, а имплант хорошо переносился и надежно работал в течение шести недель.

Парадигма электронного контроля вместо лекарств

«Система работает при очень низком напряжении, и наши эксперименты не выявили признаков повреждения тканей ни от электрических, ни от термических эффектов», — заявил профессор Мартин Фуссенегер. На данный момент устройство не тестировалось на людях.

Фуссенегер рассматривает этот подход как смену парадигмы: переход от традиционных лекарств к масштабируемым электронно-управляемым методам лечения, интегрируемым в цифровые среды, такие как Интернет вещей. «Десятилетиями мы лечили диабет, указывая организму, как управлять глюкозой. Теперь мы показываем, что можем взять контроль над глюкозой напрямую, используя электронику, а не лекарства», — пояснил ученый. Он добавил, что катализатор активируется только при слишком высоком уровне глюкозы.

Команда планирует развить систему в медицинское изделие. Поскольку механизм снижения сахара работает без клеток или ферментов, техническая разработка может быть проще. Дополнительным преимуществом является то, что необходимые компоненты, включая внешние контроллеры и устройства беспроводной передачи энергии, уже разработаны и доступны на рынке.

Ссылка на публикацию: Maity, D., et al. (2026). Wireless electrocatalytic closed-loop system for drug-free management of diabesity. Science. DOI: 10.1126/science.ady8560.