Blutzuckermess-Tattoo für Menschen mit Diabetes

Ein kurioser Nanosensor kann zur Messung von Glukose verwendet werden

Es ist die medizinische Variante einer alten Kunst. Wissenschaftler am Draper Laboratory in Cambridge entwickeln einen Nanosensor, der ähnlich wie Tätowiertinte in die Haut injiziert werden kann, um den Blutzuckerspiegel zu überwachen. Wenn der Blutzuckerspiegel ansteigt, fluoresziert das "Tattoo" unter Infrarotlicht und zeigt an, ob der Diabetiker nach einer Mahlzeit eine Insulinspritze setzen sollte oder nicht. Die Forscher haben die natriumempfindliche Version bereits an Mäusen getestet, und demnächst soll auch der Glukosesensor an Tieren erprobt werden.

Die verfügbaren Messgeräte arbeiten mit Reflexionsphotometern, die das von einem Teststreifen reflektierte Licht messen, nachdem dieser eine chemische Reaktion durchlaufen hat. Es gibt auch elektrochemische Messgeräte, die den vom Blut erzeugten elektrischen Strom an der Spitze des Teststreifens messen. Um Diabetikern das lästige Stechen in den Finger zu ersparen und Zeit zu sparen, werden Glukosesensoren entwickelt, von implantierbaren Geräten, die die Glukosemenge im Blut kontinuierlich überwachen, bis hin zu nicht-invasiven Sensoren, die Glukose durch die Haut mittels Infrarotlicht messen.

Heather Clark und ihre Kollegen entwickeln etwas, das zwischen den beiden Extremen operieren kann. Das Material besteht aus 120 nanogroßen Polymerkügelchen, die mit einem biokompatiblen Material beschichtet sind. In jedem Kügelchen befinden sich ein fluoreszierender Farbstoff und ein spezieller Molekülsensor, der für den Nachweis bestimmter Chemikalien wie Natrium und Glukose ausgelegt ist.

Wenn es in die Haut injiziert wird, zieht das Sensormolekül das chemische Ziel, in diesem Fall Natrium, in das Polymer der interstitiellen Flüssigkeit, die die Zellen umgibt. Um die neue positive Ladung des Natrium-Ions auszugleichen, setzt ein Farbstoffmolekül ein positives Ion frei, wodurch das Molekül fluoresziert. Das Fluoreszenzniveau steigt mit der Konzentration der Zielchemikalie. Die Wissenschaftler können die Erkennungszellen so schalten, dass sie verschiedene Ziele messen, darunter Chlor, Kalzium und Glukose. Der Konzentrationsbereich, den der Sensor erfassen kann, kann durch Änderung des Verhältnisses der Komponenten variiert werden, je nachdem, ob es wichtig ist, präzise Konzentrationen oder eine größere Variabilität zu messen.

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Der Natriumsensor, der eines Tages zur Überwachung der Dehydrierung eingesetzt werden könnte, hat sich in Tierversuchen bewährt. Wenn die Kügelchen in die Haut der Nager injiziert werden, fluoreszieren sie als Reaktion auf eine Kochsalzlösung. Die Forscher haben einen Glukosesensor entwickelt, der nach einem ähnlichen Mechanismus funktioniert. Es hat sich in einer Lösung bewährt, ist aber noch nicht an Tieren getestet worden.
Längerfristig stellt sich Clark einen Sensor vor, der in die Oberflächenschichten der Haut injiziert werden kann, flacher als die Tätowiertinte, ?so dass er mit der Zeit ausgestoßen wird', sagt sie. Ein Fluoreszenzmonitor, ähnlich einer optischen Maus, würde dann das von der Tätowierung abgegebene Licht messen, und der Sensor würde in regelmäßigen Abständen neu injiziert werden.

Es ist einzigartig, weil es keine zu verwendenden Komponenten hat", sagt Clark. Glukosestreifen zum Beispiel verwenden ein Enzym zum Nachweis von Glukose, das immer wieder neu gebunden werden muss. Andere Monitore, sogar Nanosensoren, haben eine begrenzte Lebensdauer, was ihren Einsatz erschwert", sagt sie.

Die Forscher haben jedoch noch einen langen Weg vor sich, bevor der Sensor an Menschen mit Diabetes getestet werden kann. Obwohl die Kügelchen in ersten Tierversuchen offenbar keine Immunreaktion ausgelöst haben, müssen weitere Studien durchgeführt werden, so Clark. Die Bewertung der Immunreaktion ist besonders wichtig, weil sie die lokale Glukosekonzentration verändern kann, sagt George Wilson, Chemiker an der University of Kansas in Lawrance. Zum Beispiel nehmen Makrophagen (eine Art von Immunzellen) Glukose auf", sagt er. Wilson weist auch darauf hin, dass mehrere Faktoren die Hautfluoreszenz beeinflussen können, darunter Hautfarbe und Alter.