Новое имплантируемое устройство содержит резервуар с глюкагоном, который
можно хранить под кожей. Это может спасти пациентов с диабетом от опасно низкого
уровня
сахара в крови. Фото: Массачусетский технологический институт
Новый имплантат содержит резервуар с глюкагоном, который находится под кожей и
может быть активирован в экстренной ситуации без необходимости делать инъекции.
Для людей с сахарным диабетом 1 типа риск гипогликемии, опасно низкого уровня сахара
в крови, является постоянной проблемой. Когда уровень глюкозы падает слишком сильно, состояние становится опасным для жизни и обычно требует инъекции гормона глюкагона в качестве стандартного лечения.
Чтобы предотвратить ситуации, когда пациенты могут не знать о том, что уровень сахара в их крови падает до критического, инженеры Массачусетского технологического института разработали имплантируемое устройство, которое содержит запас глюкагона под кожей.
Это устройство может автоматически высвобождать гормон, когда уровень глюкозы становится слишком низким.
Эта система может быть особенно полезна при ночной гипогликемии или для маленьких детей с диабетом, которые не могут самостоятельно сделать инъекцию.
«Это небольшое устройство для экстренных случаев, которое можно поместить под кожу, где оно будет готово к работе, если уровень сахара в крови пациента слишком низкий», — говорит Дэниел Андерсон, профессор кафедры химической инженерии Массачусетского технологического института, сотрудник Института интегративных исследований рака Коха
и Института медицинской инженерии и науки (IMES). «Наша цель состояла в том, чтобы создать устройство, которое всегда будет готово защитить пациентов от низкого уровня сахара в крови. Мы считаем, что это также может помочь избавиться от страха перед гипогликемией, который испытывают многие пациенты и их родители».
Исследователи также продемонстрировали, что эту же технологию можно использовать
для экстренной доставки эпинефрина — препарата, применяемого для лечения сердечных приступов и предотвращения тяжёлых аллергических реакций, таких как анафилаксия.
Исследование проводил Сиддхарт Кришнан, бывший научный сотрудник Массачусетского технологического института, а ныне доцент кафедры электротехники Стэнфордского университета. Результаты были опубликованы 9 июля 2025 года в Nature Biomedical Engineering.
Реагирование на чрезвычайные ситуации
Многие люди с диабетом 1-го типа ежедневно делают инсулиновые инъекции, чтобы регулировать уровень сахара в крови и не допускать его чрезмерного повышения.
Однако слишком низкий уровень сахара в крови может привести к гипогликемии — состоянию, которое при отсутствии своевременного лечения может вызвать
дезориентацию, судороги, а в тяжёлых случаях — смерть.
Чтобы решить эту проблему, некоторые люди носят с собой предварительно заполненные шприцы с глюкагоном — гормоном, который сигнализирует печени о необходимости высвободить накопленную глюкозу в кровоток. Тем не менее распознать ранние признаки гипогликемии может быть непросто, особенно детям.
«Некоторые пациенты чувствуют, когда у них падает уровень сахара в крови, и тогда они что-нибудь съедают или вводят себе глюкагон, — говорит Андерсон. — Но некоторые не осознают, что у них гипогликемия, и могут просто впасть в спутанное сознание или кому. Это также проблема, когда пациенты спят, так как они полагаются на датчики уровня глюкозы, которые будят их, когда уровень сахара опасно падает».
Чтобы обеспечить более надёжное решение, команда Массачусетского технологического института разработала компактное устройство для экстренных случаев, которое можно активировать вручную или автоматически в случае низкого уровня сахара в крови на
основе данных с датчиков.
Устройство размером примерно с четвертак содержит небольшой резервуар для лекарства, изготовленный из полимера, напечатанного на 3D-принтере. Этот резервуар запечатан материалом, который называется сплавом с памятью формы и способен менять форму под воздействием тепла. Команда использовала никель-титановый сплав, который при нагревании до 40 градусов по Цельсию превращается из плоской пластины в U-образную форму.
Поскольку глюкагон, как и многие другие препараты на основе пептидов, быстро распадается в жидкой форме, исследователи выбрали порошкообразную форму, которая сохраняет стабильность в течение длительного времени и остаётся внутри устройства до
тех пор, пока не понадобится.
Имплантируемое устройство для экстренной лекарственной терапии рядом с таблеткой
Исследователи показали, что это устройство также можно использовать
для введения экстренных доз эпинефрина — препарата, который применяется для лечения сердечных приступов, а также для предотвращения тяжёлых аллергических реакций, включая анафилактический шок. Фото: Массачусетский технологический институт
Каждый контейнер может хранить одну или четыре дозы глюкагона и содержит антенну, реагирующую на определённый радиочастотный сигнал. При срабатывании антенна активирует небольшой электрический ток, который нагревает сплав с памятью формы. Когда материал достигает температуры активации, он изгибается в форме буквы U и высвобождает порошкообразный препарат из контейнера.
Поскольку устройство может принимать беспроводные сигналы, его можно настроить таким образом, чтобы оно запускало высвобождение лекарства по сигналу глюкометра, когда уровень сахара в крови пользователя падает ниже определённого значения.
«Одна из ключевых особенностей этого типа цифровых систем доставки лекарств заключается в том, что они могут взаимодействовать с датчиками, — говорит Кришнан.
— В данном случае технология непрерывного мониторинга уровня глюкозы, которую используют многие пациенты, легко интегрируется с такими устройствами».
Обращение вспять гипогликемии
После имплантации устройства мышам с диабетом исследователи использовали его для стимуляции выработки глюкагона, когда уровень сахара в крови животных падал. Менее
чем через 10 минут после активации выработки препарата уровень сахара в крови начал выравниваться, что позволило ему оставаться в пределах нормы и предотвратить гипогликемию.
Исследователи также протестировали устройство с порошкообразной версией эпинефрина. Они обнаружили, что в течение 10 минут после введения препарата уровень эпинефрина в крови повышался, а частота сердечных сокращений увеличивалась.
В рамках этого исследования учёные оставляли имплантированные устройства на срок до четырёх недель, но теперь они планируют выяснить, можно ли продлить этот срок хотя бы до года.
«Идея заключается в том, что у вас будет достаточно доз для терапевтического лечения в течение длительного периода времени. Мы не знаем точно, сколько это — может быть, год, может быть, несколько лет, и сейчас мы работаем над определением оптимального срока службы. Но затем препарат нужно будет заменить», — говорит Кришнан.
Как правило, когда в организм вживляют медицинское устройство, вокруг него образуется рубцовая ткань, которая может нарушать его работу. Однако в этом исследовании учёные показали, что даже после образования фиброзной ткани вокруг имплантата им удалось успешно запустить процесс высвобождения лекарства.
Сейчас исследователи планируют провести дополнительные испытания на животных и надеются начать клинические испытания устройства в течение следующих трёх лет.
«Очень приятно видеть, что наша команда добилась такого результата. Я надеюсь, что когда-нибудь это поможет пациентам с диабетом и в более широком смысле станет новой парадигмой в оказании неотложной медицинской помощи», — говорит Роберт Лангер, профессор Института Дэвида Х. Коха при Массачусетском технологическом институте и автор статьи.
Ссылка: «Экстренная доставка лекарственных препаратов в виде частиц путем активного выброса с использованием беспроводных устройств in vivo» Сиддхарта Р. Кришнана, Лоры О’Киф, Арнаба Рудры, Дерина Гумустопа, Нимы Хатиба, Клаудии Лю, Цзявэя Яна, Афины Ванг, Мэтью А. Боченека, Йен-Чун Лу, Сумана Бозе, Каэлана Рида, Роберта Лангера и Дэниела Г. Андерсона, 9 июля 2025 г., Nature Biomedical Engineering.
DOI: 10.1038/s41551-025-01436-2
Исследование финансировалось Благотворительным фондом Леоны М. и Гарри Б. Хелмсли, Национальным институтом здравоохранения, стипендией для постдокторантов JDRF и Национальным институтом биомедицинской визуализации и биоинженерии.
Источник: SciTechDaily
