Jeżeli komuś uda się stworzyć funkcjonalne ogniwo paliwowe, które może przekształcać energię chemiczną organizmu w ładunek elektryczny, najprawdopodobniej skończy się to Nagrodą Nobla. Już ponad 50 lat temu odkryto, że idealnym “paliwem” jest glukoza, choć problemy z kompatybilnością biotechnologiczną okazały się nie do przeskoczenia. Ale wkrótce może się to zmienić.
Czytaj też: Grozi ci cukrzyca? Naukowcy zalecają rezygnację z konkretnych pokarmów
Naukowcy z ETH Zurich w Bazylei wpadli na pomysł genialny w swojej prostocie, chociaż brzmiący jak rodem wyjęty z filmu SF. Stworzyli ogniwo paliwowe, które wygląda jak herbata w torebce, pozwalające na przekształcenie nadmiaru glukozy we krwi w energię elektryczną. Połączono je ze sztucznymi komórkami beta trzustkowymi, które obniżają poziom cukru we krwi w sposób podobny do hormonu naturalnie występującego w organizmie. To może być prawdziwy przełom w walce z cukrzycą typu 1. Szczegóły opisano w czasopiśmie Advanced Materials.
Prof. Martin Fussenegger z ETH Zurich mówi:
Wiele osób, zwłaszcza w zachodnich krajach uprzemysłowionych, spożywa więcej węglowodanów niż potrzebują w codziennym życiu. To prowadzi do otyłości, cukrzycy i chorób sercowo-naczyniowych. Wpadliśmy na pomysł wykorzystania tej nadwyżki energii metabolicznej do produkcji energii elektrycznej do zasilania urządzeń biomedycznych.
Podskórny implant do kontrolowania poziomu glukozy
Cukrzyca typu 1 to choroba, w której organizm nie produkuje insuliny – hormonu niezbędnego do prawidłowej gospodarki glukozy. Trzeba wprowadzać go z zewnątrz, najczęściej za pomocą zewnętrznych urządzeń (pomp insulinowych), które są podłączone bezpośrednio do organizmu. Urządzenia tego typu (podobnie jak rozruszniki serca) wymagają stałego i niezawodnego zasilania – to sprawa życia i śmierci. A przecież nawet najlepsze akumulatory mają ograniczoną pojemność.
Najważniejszym elementem ogniwa jest anoda zbudowana z nanocząstek miedzi, która została opracowana di tego celu specjalnie przez zespół prof. Fusseneggera. Rozdziela ona glukozę na kwas glukonowy i proton niezbędny do wytworzenia energii elektrycznej.
Ogniwo jest owinięte włókniną i pokryte alginatem (dopuszczonym do użytku medycznego), przez co przypomina torebkę herbaty. Tak przygotowany implant jest wszczepiany pod skórę i nasiąkając płynami ustrojowymi, pobiera nadmiar glukozy. To tylko połowa innowacji. W kolejnym badaniu, uczeni połączyli ogniwo paliwowe z kapsułką zawierającą sztuczne komórki beta, które wydzielają insulinę po ekspozycji na prąd elektryczny lub światło niebieskie.
Kiedy ogniwo paliwowe wychwyci nadmiar glukozy, zaczyna generować prąd. Jest on wykorzystywany do stymulowania komórek beta do produkcji i uwalniania insuliny do krwi, co prowadzi do obniżenia poziomu cukru. Kiedy osiągnie on ustaloną wartość progową, proces zostaje zatrzymany. Rozwiązanie to jest niezwykle proste, ale jednocześnie wyjątkowo pomysłowe. Energia dostarczana przez ogniwo paliwowe jest odpowiednia nie tylko do zasilenia urządzenia, ale także komunikacji z urządzeniami zewnętrznymi (m.in. smartfonem). Dzięki temu, w łatwy sposób można kontrolować swoją chorobę, a do powiązanej aplikacji dostęp miałby także lekarz.
Czytaj też: Odważna decyzja giganta farmaceutycznego. Insulina w końcu będzie tańsza
Niestety, mimo iż sam pomysł na implant wydaje się wręcz przełomowy, opracowano jedynie prototyp i nie wiadomo, jakie będą jego dalsze losy. Chociaż system został przetestowany u myszy, jego komercjalizacja znacznie przekracza zasoby finansowe i ludzkie twórców. Potrzebny byłby partner biznesowy z odpowiednimi zasobami i know-how, a takiego na horyzoncie na razie nie ma.