En ny nanoteknikbaserad teknik för att reglera blodsockret hos diabetiker kan ge patienterna förmågan att smärtfritt frigöra insulin med hjälp av en liten ultraljudsapparat, låta dem gå dagar mellan injektionerna - snarare än att använda nålar för att ge sig själva flera insulininjektioner varje dag. Tekniken utvecklades av forskare vid North Carolina State University och University of North Carolina i Chapel Hill.

"Detta är förhoppningsvis ett stort steg mot att ge diabetiker en mer smärtfri metod för att upprätthålla hälsosamma blodsockernivåer, "säger Dr Zhen Gu, seniorförfattare till en uppsats om forskningen och en biträdande professor i det gemensamma biomedicinska programmet vid NC State och UNC-Chapel Hill.

Tekniken innebär att biokompatibla och biologiskt nedbrytbara nanopartiklar injiceras i en patients hud. Nanopartiklarna är gjorda av poly (mjölk-ko-glykolsyra) syra (PLGA) och är fyllda med insulin.

Var och en av PLGA -nanopartiklarna ges antingen en positivt laddad beläggning gjord av kitosan (ett biokompatibelt material som normalt finns i räkskal), eller en negativt laddad beläggning gjord av alginat (ett biokompatibelt material som normalt finns i tång). När lösningen av belagda nanopartiklar blandas ihop, de positivt och negativt laddade beläggningarna lockas till varandra av elektrostatisk kraft för att bilda ett "nano-nätverk". När den injicerats i hudens subkutana lager, det nano-nätverket håller ihop nanopartiklarna och hindrar dem från att spridas i hela kroppen.

De belagda PLGA -nanopartiklarna är också porösa. En gång i kroppen, insulinet börjar sprida sig från nanopartiklarna. Men huvuddelen av insulinet sträcker sig inte långt-det hänger i en de facto-behållare i hudens subkutana lager av den elektrostatiska kraften i nano-nätverket. Detta skapar i huvudsak en dos insulin som helt enkelt väntar på att levereras in i blodomloppet.

När en patient har typ 1 eller avancerad typ 2 -diabetes, hans eller hennes kropp behöver ytterligare insulin, ett hormon som transporterar glukos - eller blodsocker - från blodomloppet till kroppens celler. Dessa diabetespatienter måste injicera insulin efter behov för att säkerställa att deras blodsockernivåer ligger i det "normala" intervallet. Dock, dessa injektioner kan vara smärtsamma.

Med hjälp av den nya tekniken som utvecklats av Gu's team, en diabetespatient behöver inte injicera en dos insulin - den finns redan där. Istället, patienter kan använda en liten, handhållen enhet för att applicera fokuserade ultraljudsvågor på platsen för nano-nätverket, smärtfritt frigör insulinet från dess de facto -reservoar till blodomloppet.

Forskarna tror att tekniken fungerar eftersom ultraljudsvågorna väcker mikroskopiska gasbubblor i vävnaden, tillfälligt störande nano-nätverk i hudens subkutana lager. Den störningen driver isär nanopartiklarna, slappna av den elektrostatiska kraft som utövas på insulinet i behållaren. Detta gör att insulinet kan börja komma in i blodomloppet - en process som påskyndas av effekten av ultraljudsvågorna som trycker på insulinet.

"Vi vet att denna teknik fungerar, och vi tror att det är så det fungerar, men vi försöker fortfarande bestämma de exakta detaljerna, "säger Dr Yun Jing, en biträdande professor i maskinteknik vid NC State och motsvarande författare till uppsatsen.

När ultraljudet tas bort, den elektrostatiska kraften återhämtar sig och drar tillbaka nanopartiklarna i nano-nätverket. Nanopartiklarna sprider sedan mer insulin, påfyllning av behållaren.

"Vi har gjort proof-of-concept-testning i laboratoriemöss med typ 1-diabetes, "Gu säger." Vi fann att denna teknik uppnår en snabb frisättning av insulin i blodomloppet, och att nano-nätverken innehåller tillräckligt med insulin för att reglera blodsockernivån i upp till 10 dagar. "

"När insulinet tar slut, du måste injicera ett nytt nano-nätverk, "säger Jin Di, huvudförfattare till tidningen och en doktorsexamen student i Gu:s forskningslabb. "Det tidigare nano-nätverket är upplöst och absorberas helt i kroppen på några veckor."

"Detta framsteg kommer säkert att ge miljoner människor med diabetes över hela världen hopp om att bättre dagar väntar, "säger Dr John Buse, chef för UNC-Chapel Hill's Diabetes Care Center och biträdande chef för UNC-Chapel Hill's NIH Clinical and Translational Sciences Award. "Vi måste arbeta för att översätta dessa spännande studier i labbet till klinisk praxis."