혈당으로 생성력 - ScienceDaily

1형 당뇨병에서는 신체가 인슐린을 생성하지 않습니다. 이것은 환자가 혈당 수치를 조절하기 위해 외부에서 호르몬을 얻어야 함을 의미합니다. 오늘날 이것은 대부분 신체에 직접 부착된 인슐린 펌프를 통해 이루어집니다. 심장 박동기와 같은 기타 의료 응용 분야뿐만 아니라 이러한 장치에는 신뢰할 수 있는 에너지 공급이 필요하며 현재는 주로 일회용 또는 충전식 배터리의 전원으로 충족됩니다.

이제 Basel에 있는 ETH Zurich의 생물시스템 과학 및 공학과의 Martin Fussenegger가 이끄는 연구팀이 겉보기에 미래적인 아이디어를 실행에 옮겼습니다. 그들은 전기 에너지를 생성하기 위해 조직에서 과도한 혈당(포도당)을 사용하는 이식형 연료 전지를 개발했습니다. 연구원들은 몇 년 전에 그들의 그룹이 개발한 인공 베타 세포와 연료 전지를 결합했습니다. 이들은 버튼을 누르면 인슐린을 생성하고 췌장의 자연스러운 역할 모델처럼 혈당 수치를 효과적으로 낮춥니다.

Fussenegger는 “많은 사람들, 특히 서구 선진국의 사람들은 일상 생활에서 필요한 것보다 더 많은 탄수화물을 섭취합니다.”라고 설명합니다. 이것은 비만, 당뇨병 및 심혈관 질환으로 이어집니다. “이것은 생체 의학 장치에 전력을 공급하기 위해 전기를 생산하기 위해 이 과도한 대사 에너지를 사용하는 아이디어를 우리에게 제공했습니다.”라고 그는 말합니다.

티백 형태의 연료 전지

연료 전지의 중심에는 Fussenegger 팀이 이 응용 분야를 위해 특별히 만든 구리 기반 나노 입자로 만든 양극(전극)이 있습니다. 구리 기반 나노 입자로 구성되어 있으며 포도당을 글루콘산과 양성자로 분해하여 전기를 생성하여 전기 회로를 작동시킵니다.

부직포로 감싸고 의료용으로 승인된 조류 제품인 알지네이트로 코팅된 연료 전지는 피부 아래에 이식할 수 있는 작은 티백과 유사합니다. 알지네이트는 체액을 흡수하고 포도당이 조직에서 연료 전지로 전달되도록 합니다.

자체 전원 공급 장치가 있는 당뇨병 네트워크

두 번째 단계에서 연구원들은 인공 베타 세포를 포함하는 캡슐과 연료 전지를 결합했습니다. 이들은 전류 또는 청색 LED 조명을 사용하여 인슐린을 생산하고 분비하도록 자극될 수 있습니다. Fussenegger와 그의 동료들은 이미 얼마 전에 이러한 디자이너 셀을 테스트했습니다(ETH News, 2016년 12월 8일 참조).

이 시스템은 지속적인 발전과 제어된 인슐린 전달을 결합합니다. 연료 전지가 과도한 포도당을 등록하자마자 전력을 생성하기 시작합니다. 이 전기 에너지는 세포가 인슐린을 생산하고 혈액으로 방출하도록 자극하는 데 사용됩니다. 결과적으로 혈당은 정상 수준으로 떨어집니다. 특정 임계값 아래로 떨어지면 전기와 인슐린 생산이 중단됩니다.

연료 전지가 제공하는 전기 에너지는 디자이너 셀을 자극할 뿐만 아니라 이식된 시스템이 스마트폰과 같은 외부 장치와 통신할 수 있도록 하기에 충분합니다. 이를 통해 잠재 사용자는 해당 앱을 통해 시스템을 조정할 수 있습니다. 의사는 원격으로 액세스하여 조정할 수도 있습니다. Fussenegger는 “새로운 시스템은 인슐린과 혈당 수치를 자율적으로 조절하며 미래에 당뇨병을 치료하는 데 사용될 수 있습니다.”라고 말했습니다.

시장 성숙을 향한 길고 불확실한 길

기존 시스템은 프로토타입일 뿐입니다. 연구원들이 쥐에서 성공적으로 테스트했지만 시장성 있는 제품으로 개발할 수는 없습니다. Fussenegger는 “이러한 장치를 시장에 출시하는 것은 우리의 재정 및 인적 자원을 훨씬 뛰어넘는 일입니다.”라고 말합니다. 이를 위해서는 적절한 리소스와 노하우를 갖춘 업계 파트너가 필요합니다.

출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2023/03/230328145418.htm