Über zehn Prozent aller Erwachsenen sind in Deutschland an Typ-2-Diabetes erkrankt. Eine Volkskrankheit, zu der jährlich um die 450.000 Neuerkrankungen hinzukommen.

Die Ursache? Neben Übergewicht und Bewegungsmangel spielt auch die genetische Veranlagung eine Rolle. Der Körper ist nicht mehr in der Lage, den Blutzucker ausreichend zu regulieren. Die Behandlung? Eine ausgewogene Ernährung, regelmäßige Bewegung und bei Bedarf blutzuckersenkende Medikamente oder Insulin-Injektionen, die den Blutzuckerspiegel senken können.

Ein Team der ETH Zürich hat nun eine neue Methode zur Behandlung von Diabetes entwickelt: ein implantierbares System, das mithilfe eines elektrisch betriebenen Katalysators den Blutzuckerspiegel senken soll. Hinter dem Projekt steht Martin Fussenegger, Professor am Departement für Biosystemwissenschaften und -technik der ETH Zürich in Basel. Die Ergebnisse des Teams wurden in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht.

Das Implantat „Echo“ (Electrocatalytic Closed-Loop Health Optimization) ist ein blutzuckerabbauender elektrischer Katalysator, der in den Körper implantiert wird. Dort wandelt er die überschüssige Glukose im Blut in Glukonat um, das anschließend über die Nieren mit dem Urin ausgeschieden wird.

Im Implantat steckt Grafitfilz mit winzigen Goldstrukturen und noch kleineren Platinpartikeln. Fließt der elektrische Strom, ermöglicht die Oberfläche die chemische Umwandlungsreaktion. Anders als frühere Forschung kommt das System ohne lebende Zellen oder Enzyme aus.

Zum Einsatz kommt das Implantat nur, wenn der Blutzuckerwert zu hoch ist. Dafür ist es mit dem Glukosesensor verbunden, den viele Menschen mit Diabetes am Oberarm tragen. Der Sensor misst den Gewebezucker und kann die Werte per Bluetooth an Smartphones oder Smartwatches senden. Steigt der Wert über eine festgelegte Grenze, schaltet sich der Katalysator ein. Die Reaktion stoppt, sobald der Zielwert erreicht ist.

„Seit Jahrzehnten behandeln wir Diabetes, indem wir dem Körper vorgeben, wie er mit Glukose umgehen soll. Jetzt zeigen wir, dass wir die Glukose direkt kontrollieren können, und zwar mit Elektronik statt mit Medikamenten“, erklärt Fussenegger in einer Mitteilung.

Zunächst prüfte das Team „Echo“ in fünf Litern glukosehaltiger Flüssigkeit, was etwa dem Blutvolumen eines Erwachsenen entspricht. Anschließend testeten die Forscher das Implantat an übergewichtigen Mäusen mit Typ-2-Diabetes. Schon innerhalb einer Stunde sanken erhöhte Blutzuckerwerte und pendelten sich auf normale Werte ein. Während der sechs Wochen verloren die Tiere auch an Gewicht.

„Das System arbeitet mit einer sehr niedrigen Spannung, und unsere Experimente haben gezeigt, dass weder elektrische noch thermische Effekte zu Gewebeschäden führen“, erklärt Fussenegger. Die automatische Steuerung über Glukosesensor und Smartphone wurde zwölf Tage lang getestet.

Die Hürde für den Menschen

Auch der unabhängige Diabetologe Andreas Birkenfeld vom Universitätsklinikum Tübingen sieht in der Technologie einen Fortschritt. „Ich finde das einen wirklich spannenden Ansatz“, erklärt er gegenüber dem Science Media Center Germany. Medikamente, die über die Nieren Zucker ausscheiden lassen, gibt es bereits. „Die eigentliche Innovation ist für mich nicht, dass Glukose aus dem Körper entfernt wird, sondern dass dies erstmals elektronisch gesteuert werden kann.“

Siegfried Ussar, Direktor der Abteilung Adipozyten und Metabolismus am Helmholtz Zentrum München, betont die präzise Steuerung: „Im Gegensatz zu dem nicht regulierten Inhibitoransatz lässt sich dieses Gerät theoretisch präzise steuern“, erklärt er.

Als alleinige Therapie komme das Implantat allerdings nicht infrage, da es den zugrunde liegenden Insulinmangel nicht behebe. Dennoch könnte die Senkung des Blutzuckers die insulinproduzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse entlasten und so das Fortschreiten der Erkrankung möglicherweise verlangsamen oder sogar stoppen, so Ussar.

Für Menschen ist Echo noch nicht erprobt. Birkenfeld sieht die Übertragbarkeit kritisch: „Die entscheidende Frage ist für mich ganz klar die Projektion auf den Menschen.“ So hätten Menschen ein viel größeres Blutvolumen und entsprechend mehr Glukose, die umgewandelt werden müsste. „Wir wissen überhaupt noch nicht, wie groß das Implantat beim Menschen sein müsste oder ob man vielleicht mehrere davon benötigt.“ Auch die Haltbarkeit, mögliche Infektionen beim Einsetzen und Fehler der automatischen Steuerung müssen weiter untersucht werden.

Hinzu kommt ein Stoffwechselrisiko: Bei den Mäusen stiegen die Ketonkörper an, die beim Fettabbau entstehen. „Die Autoren haben zwar keine Ketoazidose beobachtet, aber wir wissen nicht, wie das System bei Menschen mit einem ausgeprägten Insulinmangel oder einer bereits bestehenden Ketoazidose wirkt“, erklärt Birkenfeld. Noch ist das Implantat also keine Alternative zu einer bewährten Behandlung. Das ETH-Team will Echo nun zu einem Medizinprodukt weiterentwickeln.

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