In einem Verbundprojekt – unter Beteiligung des NMI Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Instituts an der Universität Tübingen – soll ein neuartiges Sensorimplantat entwickelt werden, das sich zur langfristigen und sicheren Überwachung des Blutzuckerspiegels einsetzen lässt. Denn die Diagnose Diabetes Mellitus Typ 2 bedeutet für die Betroffenen nicht nur große Einschränkungen im Alltag, unbehandelt ruft Typ 2 Diabetes auch teils schwere Folgeerkrankungen hervor: Er ist einer der häufigsten Ursachen für nicht-traumatische Amputationen und Erblindungen.

In Deutschland leiden ca. 6 Millionen Menschen an der Blutzuckerkrankheit, Tendenz steigend. Eine vielversprechende Strategie, um sowohl diesen Menschen ein möglichst beschwerdefreies Leben zu ermöglichen als auch die Behandlungskosten zu senken, ist die Entwicklung eines intelligenten Implantats. Das Projekt mit dem Namen PanaMEA, welches ebendieses Ziel verfolgt, läuft über die Dauer von drei Jahren und wird mit 2,4 Mio. Euro vom BMBF gefördert. Insgesamt beteiligen sich sechs Unternehmen und Forschungseinrichtungen an dem Vorhaben: Unter der Leitung von mfd Diagnostics GmbH arbeiten die CorTec GmbH, die Pfützner Science & Health Institute GmbH, das Institut für Mikroelektronik, das Universitätsklinikum Tübingen und das NMI zusammen an der Entwicklung des Implantats.

Status Quo

Die subkutane Insulinsubstitution gehört zu den Hauptpfeilern der Diabetestherapie. Wird das Insulin durch den Patienten selbst zugeführt, muss dieser anhand der aufgenommenen Kohlenhydratmenge, dem aktuellen Glukosewert und dem Maß an körperlicher Aktivität die benötigte Insulindosis schätzen und sich diese selbst injizieren. Um einerseits die Patienten zu entlasten und die Therapie andererseits sicherer zu gestalten, möchten Wissenschaftler und Mediziner eine zuverlässige und kontinuierliche Messung des Blutzuckers erreichen, die automatisch und ohne Einsatz des Patienten abläuft. Aktuelle Systeme basieren auf der Erfassung des Wertes über einen schmerzhaften Stich in den Finger, der mit einem erhöhten Infektionsrisiko einhergeht, elektrochemische Nadelsensoren oder implantierte optische Sensoren. „Diese haben allerdings eine begrenzte Einsatzdauer und erfordern regelmäßige Rekalibrierungen, teilweise sogar mehrmals täglich. Daher ist es notwendig, neue Ansätze in der medizinischen Versorgung des Diabetes Mellitus Typ 2 zu entwickeln“, erklärt Dr. Udo Kraushaar, Leiter der Gruppe Elektrophysiologie am NMI. „Besonders eignet sich dazu die bioelektronische Medizin, die auf der elektrischen Interaktion von Sensoren mit Organen für diagnostische und therapeutische Zwecke basiert“, fährt Kraushaar fort.

Diabetes – das passiert im Körper

Damit der über die Nahrung aufgenommene Zucker aus dem Blut in die Körperzellen aufgenommen und verstoffwechselt werden kann, muss im Pankreas Insulin freigesetzt werden. Gesteuert wird dieser Prozess durch die Langerhans-Inseln, die sowohl die Höhe des Blutzuckerspiegels erfassen als auch Insulin produzieren und freisetzen. Werden die Langerhans-Inseln durch freie Radikale geschädigt (beispielsweise durch langfristiges Übergewicht in Kombination mit genetischer Prädisposition), geht deren Aktivität unwiderruflich verloren. Dies ist ein schleichender Prozess, der zu einer Überlastung der verbleibenden Langerhansschen Inseln führt, die wiederum verstärkt gestresst werden. Ein Teufelskreis entsteht. Aus diesem Grund ist einerseits eine kontinuierliche Messung des Blutzuckerspiegels sinnvoll, andererseits eine schnelle Reaktionszeit auf Veränderungen des Blutglukoselevels anzustreben.

Das Pankreas-Implantat

Es besteht eine direkte Verbindung zwischen der elektrischen Aktivität der Insulin-produzierenden Beta-Zellen in den Langerhans-Inseln und dem umgebenden Glukosewert. Diese elektrische Aktivität kann erfasst und genutzt werden, um darüber die aktuelle Blutzuckerkonzentration zu bestimmen. Das Projekt PanaMEA zielt darauf ab, ein Sensorimplantat zu entwickeln, das einmalig implantiert wird und von dort an dauerhaft, kontinuierlich und robust die elektrische Aktivität misst. Durch Kopplung an beispielsweise eine Insulinpumpe kann ein solches System autark die Insulinsubstitution steuern.

Mit der Entwicklung des Sensorimplantats knüpft das NMI an vorherige Forschungsvorhaben an: Im Jahr 2011 entwickelte das Reutlinger NMI erstmals eine Methode, um die elektrische Aktivität der Langerhans-Inseln nicht-invasiv messen zu können – die Inseln bleiben bei diesem Verfahren folglich unbeschadet. Von 2015 bis 2018 forschte das NMI darüber hinaus gemeinsam mit weiteren Instituten der Innovationsallianz Baden-Württemberg daran, die Sensorik weiterzuentwickeln, kombiniert mit der Option, die Langerhans-Inseln mittels elektrischer Stimulation zu stimulieren und Insulin freizusetzen. „Darauf sind wir nicht nur stolz, auf Basis dieser Erfahrungen gehen wir außerdem davon aus, die Blutzuckermessung zukünftig vereinfachen und sicherer gestalten zu können“, so Kraushaar. 

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