Diabetes
IMPLANTIERTE BRENNSTOFFZELLE MACHT AUS BLUTZUCKER STROM
Seite 1/1 2 Minuten
Ein Team um Martin Fussenegger vom Departement Biosysteme der Eidgenössischen Technischen Hochschule (ETH) in Zürich hat diese futuristisch anmutende Idee verwirklicht: Es hat eine implantierbare Brennstoffzelle entwickelt, die überschüssige Glucose aus dem Gewebe nutzt, um damit Energie zu erzeigen. Als Clou kombinierten sie diese mit künstlichen Beta-Zellen, die wie ihre natürlichen Vorbilder in der Bauchspeicheldrüse Insulin produzieren und den Blutzuckerspiegel so senken.
Fussenegger weiß, dass gerade in den westlichen Industrienationen die Menschen mehr Kohlenhydrate zu sich nehmen als sie brauchen. Das führt zu Übergewicht, Diabetes oder Herz-Kreislauferkrankungen. „Das hat uns auf die Idee gebracht, diesen Überschuss an metabolischer Energie zu nutzen, um Strom für den Betrieb von biomedizinischen Geräten herzustellen“, erklärt der Biotechnologe.
Ausgangsprodukt für Diabetes-Anwendungen
Kernstück ist eine für diese Anwendung geschaffene Anode (Elektrode). Die besteht aus kupferbasierten Nanopartikeln und spaltet zur Stromerzeugung Glucose in Glukonsäure und ein Proton auf, was einen Stromkreislauf in Gang setzt.
Und warum sieht die fertige Brennstoffzelle aus wie ein kleiner Teebeutel? Sie ist in ein Alginat-Vlies eingewickelt, das sich unter der Haut eingesetzt mit Körperflüssigkeit vollsaugt. So findet die Glucose aus dem Gewebe in das Innere des Geräts.
Und so wird die Zelle zum Insulinproduzenten
In einem zweiten Schritt haben die findigen Wissenschaftler die Brennstoffzelle mit einer Kapsel gekoppelt, die künstliche Beta-Zellen enthält. Diese können mit elektrischem Strom oder blauem LED-Licht dazu angeregt werden, Insulin zu produzieren und auszuschütten. Das System kombiniert dabei dauerhafte Stromerzeugung und kontrollierte Insulinabgabe.
Sobald die Brennstoffzelle nämlich einen Glucoseüberschuss registriert, springt die Stromproduktion an. Die elektrische Energie wird dann dazu genutzt, die Zellen zu stimulieren, sodass sie Insulin produzieren und ins Blut abgeben. Der Blutzuckerspiegel sinkt dadurch auf ein normales Maß. Sobald er unter einen bestimmten Schwellenwert fällt, stoppt die Strom- und damit die Insulinproduktion.
Und die Brennstoffzelle kann noch mehr: Man ist nämlich in der Lage mittels ihrer vorhandenen elektrischen Energie durch ein Smartphone mit ihr kommunizieren. Das ermöglicht es potenziellen Nutzern, das System über eine entsprechende App zu justieren. Fussenegger ist optimistisch: „Das neue System reguliert den Insulinpegel und damit den Blutzuckerstand autonom und könnte künftig zur Diabetesbehandlung eingesetzt werden.“ Noch ist seine neuartige Brennstoffzelle aber ein Prototyp, der erst im Mausmodell erfolgreich getestet wurde.
Quelle: ETH Zürich