Глюкозните горивни клетки, които могат ефективно да използват химическата енергия на тялото и да я превърнат в електрически заряд, са били дългосрочен свещен граал за учените, откакто такъв потенциал е бил за първи път проучен през 1968 г.
Но тези биотехнологични батерии са предизвикани от редица биосъвместимост въпроси за почти толкова дълго.
Сега екип от изследователи от ETH Цюрих са разработили нов имплант с горивни клетки за лечение на диабет тип 1. Нещо повече, той се свързва с изкуствени бета клетки проектиран от същия екип през 2016 г които могат успешно да произвеждат и освобождават инсулин, когато се задействат.
„Новата система автономно регулира нивата на инсулин и глюкоза и може да се използва за лечение на диабет в бъдеще“, Мартин Фусенегер от Департамента по биосистемни науки и инженерство в ETH Zurich.
При диабет тип 1 тялото не може да произвежда достатъчно инсулин, така че трябва да се намеси външно снабдяване. Настоящите инсулинови помпи и монитори също разчитат на външни източници на захранване, като например батерии за еднократна употреба.
Самата горивна клетка, която прилича на торбичка чай, която е малко по-голяма от нокът, е покрита с нетъкан текстил и покрита с алгинат, продукт, получен от водорасли използва се широко в биомедицината поради високата си степен на биосъвместимост. Когато се имплантира под кожата, алгинатът на клетката поглъща телесна течност, позволявайки на глюкозата да проникне в повърхността и да се влее в енергийния център.
Вътре в клетката екипът разработи анод от наночастици на медна основа, който разделя глюкозата на глюконова киселина и протон, за да генерира електрически ток.
„Много хора, особено в западните индустриализирани нации, консумират повече въглехидрати, отколкото се нуждаят в ежедневието си“, каза Фусенегер. „Това ни даде идеята да използваме тази излишна метаболитна енергия за производство на електричество за захранване на биомедицински устройства.
След това горивната клетка беше свързана с инсулинова капсула, включваща бета клетките на екипа, които могат да бъдат задействани да отделят инсулин чрез електрически ток от импланта.
Maity D, et al, Adv. Матер. 2023/ETH Цюрих
Като цяло двата компонента осигуряват саморегулираща се верига. Когато горивната клетка, захранвана от глюкоза, усети излишната кръвна захар, тя се зарежда. Това след това стимулира бета клетките да произвеждат и отделят инсулин. Тъй като нивата на кръвната захар падат, той задейства прагов сензор в горивната клетка, така че захранването се изключва, на свой ред спирайки производството и освобождаването на инсулин.
Тази самоподдържаща се верига може също да произведе достатъчно мощност за комуникация с устройство като смартфон, което позволява наблюдение и настройка и дори има потенциал за отдалечен достъп за медицинска намеса.
Въпреки че биотехнологията беше успешно тествана в модели на мишки, изследователите се надяват да намерят ресурси, за да я развият от прототип до пазарен етап.
Изследването е публикувано в сп Разширени материали.
Публикациите се превеждат автоматично с google translate
