Digitalpflaster gegen Diabetes

Berlin -

Koreanische Forscher haben ein intelligentes Pflaster entwickelt, das gleichzeitig den Blutzucker misst und bei Bedarf über winzige Nadeln den Wirkstoff Metformin injiziert. In Tierversuchen konnte so der Blutzuckerspiegel über mehrere Stunden stabil gehalten werden, schreiben die Wissenschaftler im Fachmagazin „Nature Nanotechnology“.

Die Zahl der Diabetiker nimmt weltweit zu; insbesondere beim Typ-2-Diabetes werden schnell steigende Erkrankungszahlen verzeichnet. Die regelmäßige Blutzuckerkontrolle, bei der die Patienten sich mehrmals am Tag in die Fingerkuppe stechen müssen, wird von vielen Betroffenen als sehr unangenehm empfunden. Seit einem Jahr gibt es in Deutschland zwar die Möglichkeit, über einen in die Haut eingesetzten Sensor die Blutzuckermessung durchzuführen. Flächendeckend durchgesetzt hat sich die Methode aber bislang nicht.

Wissenschaftler um Hyunjae Lee von der Seoul National University haben ein intelligentes Pflaster entwickelt, das Überwachungssensor und Injektor in einem ist. Das Pflaster enthält mit Goldatomen durchsetztes Graphen. In Kombination mit einem dünnen, gewundenen Goldnetz sorgt das Kohlenstoffgerüst für die nötige Leitfähigkeit und Flexibilität des Pflasters und bildet die Plattform für eine Vielzahl elektrochemischer Sensoren.

Das Pflaster, das nach dem Willen der Wissenschaftler einmal Nadel und Spritze ersetzen soll, analysiert den Schweiß, den der Patient produziert. Dieser diffundiert über die Haut in das Pflaster und wird mithilfe der Sensoren nach bestimmten Biomarkern durchsucht. So werden beispielsweise Informationen über Blutzucker- und pH-Werte, Feuchtigkeit oder Temperatur ermittelt.

Für eine sichere Diagnose sorgt dabei das Zusammenspiel der Sensoren. Der Glucose-Sensor wird beispielsweise durch pH-Wert-Veränderungen im Schweiß beeinflusst und die Messung wird ungenau. Dieser Fehler kann aber durch den pH-Sensor herausgerechnet und kompensiert werden.

Sobald das Pflaster zu hohe Blutzuckerwerte feststellt, kommen integrierte Mikronadeln ins Spiel. Sie injizieren schrittweise Metformin unter die Haut des Patienten. Die Behandlung durch die Haut sei sehr viel effektiver als über den Verdauungstrakt, erklären die Forscher. Der Arzneistoff gelange so direkt in die Blutbahn und könne damit schnell seine Wirkung entfalten.

Um eine zielgerichtete Freisetzung von Metformin zu ermöglichen, sind die Mikronadeln von einer Schicht aus Tridecansäure umgeben. Dadurch wird eine Art Barriere geschaffen, die verhindert, dass der Wirkstoff zu früh freigesetzt wird. Sobald durch die Sensoren ein erhöhter Glucosespiegel festgestellt wird, werden die Nadeln durch ein eingebautes Heizelement erwärmt. Bei knapp über 40 Grad Celsius verflüchtigt sich die Tridecansäure – die Nadeln können den Wirkstoff unter die Haut injizieren.

Die Diagnostik-Funktionen des Hightech-Pflasters haben die Forscher bereits an zwei freiwilligen Probanden getestet. Dabei konnte eine zuverlässige Registrierung der Blutzuckerspiegel festgestellt werden: Nach einem üppigen Essen zeigte das Pflaster die erwartet hohen Blutzuckerspiegel an – und registrierte auch deren Rückgang nach normaler Insulinausschüttung verlässlich. Im Experiment mit Mäusen konnten die Forscher zeigen, dass auch die Freisetzung von Metformin gut funktioniert. Die Blutzuckerwerte der Tiere gingen nach automatischer Applikation des Wirkstoffes deutlich zurück und blieben über mehrere Stunden auf dem gewünschten niedrigen Level.

Das Pflaster soll auch kosmetischen Ansprüchen genügen und ist außerdem vollständig digitalisiert: Das durchsichtige, weiche Material soll angenehm zu tragen sein. Zur Datenauslesung kann das Patch mit einem tragbaren Analysegerät verbunden werden, welches gleichzeitig als Aufladegerät fungiert. Die ausgelesenen Informationen können dann über eine Bluetooth-Verbindung an mobile Endgeräte übertragen werden.

Bis das Pflaster wirklich im Alltag zum Einsatz kommt, könnte es trotzdem noch dauern. Bislang kann das Pflaster nur geringe Mengen an Metformin freisetzen – diese reicht für die tägliche Dosis nicht aus. Zudem ist noch nicht klar, wie häufig die Sensoren kalibriert werden müssen, um dauerhaft exakt zu arbeiten.