Injicerbara nanopartiklar som utvecklats vid MIT kan en dag eliminera behovet för patienter med typ 1-diabetes att ständigt övervaka sina blodsockernivåer och injicera sig själva med insulin.

Nanopartiklarna designades för att känna av glukosnivåer i kroppen och svara genom att utsöndra lämplig mängd insulin, därigenom ersätter funktionen hos cellöar i bukspottkörteln, som förstörs hos patienter med typ 1-diabetes. I sista hand, denna typ av system skulle kunna säkerställa att blodsockernivåerna förblir balanserade och förbättra patienternas livskvalitet, enligt forskarna.

"Insulin fungerar verkligen, men problemet är att folk inte alltid får rätt mängd av det. Med detta system med utökad utgåva, mängden läkemedel som utsöndras är proportionell mot kroppens behov, säger Daniel Andersson, en docent i kemiteknik och medlem av MIT:s Koch Institute for Integrative Cancer Research och Institute for Medical Engineering and Science.

Anderson är seniorförfattare till en artikel som beskriver det nya systemet i en ny utgåva av tidskriften ACS Nano . Huvudförfattare till tidningen är Zhen Gu, en före detta postdoc i Andersons labb. I forskargruppen ingår också Robert Langer, David H. Koch Institute Professor vid MIT, och forskare från avdelningen för anestesiologi vid Boston Children's Hospital.

Efterliknar bukspottkörteln

För närvarande, personer med typ 1-diabetes sticker vanligtvis sina fingrar flera gånger om dagen för att ta blod för att testa sina blodsockernivåer. När nivåerna är höga, dessa patienter injicerar sig själva med insulin, som bryter ner överflödigt socker.

På senare år har många forskare har försökt utveckla insulintillförselsystem som kan fungera som en "konstgjord bukspottkörtel, " detekterar automatiskt glukosnivåer och utsöndrar insulin. Ett tillvägagångssätt använder hydrogeler för att mäta och reagera på glukosnivåer, men de gelerna är långsamma att svara eller saknar mekanisk styrka, låter insulin läcka ut.

MIT-teamet satte sig för att skapa en robust, biokompatibelt system som skulle reagera snabbare på förändringar i glukosnivåer och skulle vara lätt att administrera.

Deras system består av en injicerbar gelliknande struktur med en textur som liknar tandkräm, säger Gu, som nu är biträdande professor i biomedicinsk teknik och molekylär farmaceutik vid University of North Carolina vid Chapel Hill och North Carolina State University. Gelen innehåller en blandning av motsatt laddade nanopartiklar som attraherar varandra, håller gelen intakt och förhindrar att partiklarna driver iväg en gång inuti kroppen.

Genom att använda en modifierad polysackarid känd som dextran, forskarna designade gelén för att vara känslig för surhet. Varje nanopartikel innehåller sfärer av dextran laddade med ett enzym som omvandlar glukos till glukonsyra. Glukos kan diffundera fritt genom gelén, så när sockernivåerna är höga, enzymet producerar stora mängder glukonsyra, gör närmiljön något surare.

Den sura miljön får dextransfärerna att sönderfalla, frigör insulin. Insulin utför sedan sin normala funktion, omvandlar glukos i blodomloppet till glykogen, som tas upp i levern för lagring.

Långsiktig kontroll

I tester med möss som har typ 1-diabetes, forskarna fann att en enda injektion av gelén bibehöll normala blodsockernivåer i i genomsnitt 10 dagar. Eftersom partiklarna mestadels består av polysackarider, de är biokompatibla och bryts så småningom ned i kroppen.

Forskarna försöker nu modifiera partiklarna så att de kan reagera på förändringar i glukosnivåer snabbare, med bukspottkörtelns cellöars hastighet. "Öceller är väldigt smarta. De kan frigöra insulin väldigt snabbt när de känner av höga sockernivåer, " säger Gu.

Innan man testar partiklarna på människor, forskarna planerar att vidareutveckla systemets leveransegenskaper och att arbeta med att optimera den dos som skulle behövas för användning på människor.

"Det är uppenbart att studier på längre sikt är motiverade, men ur ett slutet perspektiv, detta är ett mycket smart tillvägagångssätt för att normalisera blodsockernivåerna hos individer med diabetes, uppnås genom att integrera glukosavkänningen med insulintillförseln, ungefär som en naturlig betacell i bukspottkörteln, säger Frank Doyle, en professor i kemiteknik vid University of California i Santa Barbara som inte ingick i forskargruppen.

Uppsatsen har titeln "Injicerbart nanonätverk för glukosmedierad insulintillförsel."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.