Графенова лепенка следи и вероятно лекува диабет

Google+ Pinterest LinkedIn Tumblr +

diabetes-patch-1-1024x683-640x427

Credit: Hui Won Yun, Seoul National University

Специално предложение:
 

Диабетът се превръща в сериозна заплаха за общественото здраве в световен мащаб.  Някога заболяването се е смятало за характерно само за богатите възрастни, а днес диабет тип 2 засяга хора от всички възрасти и социално-икономически статус.

Лечението на диабет тип 2 изисква пациентите да контролират нивата на кръвната си захар чрез редица хранителни ограничения и лекарства. За съжаление, постигането на това не е толкова лесно, колкото звучи. Устройствата за проследяване на нивото на глюкозата в кръвта, които са достъпни в търговската мрежа, обикновено изискват потребителят да си вземе малко кръв, която да бъде изследвана от устройството, за да се определи количеството на захарта в нея. Неинвазивна алтернатива вероятно би подпомогнала значително здравето на пациентите.

Наскоро, екип от учени са изобретили гъвкаво устройство, което да следи за този показател. То се прикрепва към кожата и е едва видимо. Устройството съдържа сензори, поставени върху легиран със злато графен. Тази установка едновременно подобрява електрохимичната активност на графена и подобрява биохимичната чувствителност на системата.


Символът на диабета. Credit: IntDiabetesFed

 

 

Диабет тип 2 – за разлика от диабет тип 1, той възниква в по-късна възраст и се характеризира с относителен дефицит на инсулин.

 

 


 

Как работи

Устройството се активира, когато отчете достатъчно количество пот. Въпреки че диабетът е свързан с високи нива на глюкоза в кръвта, някои проучвания показват, че тези нива могат да бъдат определени и при прецизно отчитане на глюкозата в потта. Съществува известно забавяне в изменението на нивата в потта, след като в кръвта са се повишили.

Устройството съдържа ензима глюкозо-оксидаза, който е способен да окислява глюкозата с образуване на водороден пероксид. След това, пероксидът се включва в друга реакция, която води до забележими електрохимични изменения, които се измерват от глюкозния и рН-сензора.

Лепенката може да бъде свързана с преносим електромагнитен анализатор, който има двойна функция: да захранва устройството и да пренася безжични данни. Устройството е доста лесно за употреба, а данните могат да бъдат изпратени до смартфон или таблет.

Системата не само следи глюкозните нива, но и отговаря на тях. Когато установи покачване на захарта (хипергликемия), то доставя в организма метформин – често използвано лекарство за лечение на диабет тип 2.

Лекарството се доставя чрез микроигли, покрити със слой тридеканова киселина – хидрофобна молекула, която предпазва иглите от влага. След като се вкара в кожата, този хидрофобен слой е критичен за предотвратяване на преждевременно освобождаване на метформин. В лепенката има вградено нагряващо тяло, което се включва при повишаване на глюкозните нива. Когато затопли иглите, слоят тридеканова киселина се измества, като разкрива подлежащия полимер към телесните течности. Тогава метформинът се освобождава от съвкупност от полимерни микроигли по контролиран начин, постепененно.


Credit: AlexanderAlUS

 

Графен – форма на въглерода, двумерен вариант на тримерния графит. Представлява равнинен лист от свързани по определен начин въглеродни атоми. Той е еластичен, но е 100 пъти по-издръжлив от най-издръжливата стомана, което го прави най-силния материал, който е известен.


Дизайн и характеристика на устройството

Екипът обърнал особено внимание на механичните свойства на използваните материали, за да подсигури устойчивостта му на факторите от ежедневието. От голямо значение били гъвкавостта и механичната здравина на системата, за да се минимизира стресът, който възниква при механични деформации, а графенът е мек по природа. Електрохимичните свойства на системата също били от критично значение.

Екипът оценил функционалността на различните сензори. Те открили, че глюкозният сензор е стабилен при обичайна механична деформация, свързана с няколко типа движение. Освен това, те установили, че той остава активен в продължение най-малко на 24 часа, а в зависимост от условията на съхранение, може да бъде активен в продължение на няколко дни. Но сензорите за рН и тремор изисквали калибриране, за да функционират правилно.

Изпитване на устройството

Преди да проверят как работи върху човек, те го изпробвали, използвайки изкуствена пот. Глюкозният и рН-сензорът ефективно измервали стойностите на двата параметъра в реално време. Изследователите симулирали и хиперглиекмия, като устройството отчело покачените нива на захарта.

Те забелязали, че чувствителността към глюкоза зависи от температурата, като се понижавала при температури по-ниски от стайната. Затова устройството може да не функционира достатъчно добре, когато човекът се намира навън през много студените дни. В допълнение, те проучили как се повлиява глюкозният сензор от най-често използваните лекарства и открили, че Tylenol, аспирин и метформин имат минимален ефект върху него.

След това, екипът провел in vivo експерименти, използвайки мишки, които били генетично модифицирани да развият диабет. Чрез тези изследвания, те демонстрирали термичното освобождаване на лекарственото вещество и понижаването на кръвната захар при мишките за период от няколко часа.

Накрая, учените провели изпитване и върху двама мъже, които не страдали от диабет. При този експеримент, участниците били помолени да се нахранят, а устройството измервало нивата на кръвната им захар. Изследователите демонстрирали, че устройството може да отчете повишените нива на захарта след ядене, а след това и спадането им с активирането на инсулина в организма на здравите хора.

Необходими са още проучвания, за да разберем дали този продукт има потенциал да навлезе в търговската мрежа. Нужна е и оценка на чувствителността, възпроизводимостта и надеждността на глюкозния сензор за по-дълги периоди от време.

 

 

 

Сподели