Glucose-responsieve, lading-schakelbare lipidenanodeeltjes voor insulinetoediening

Patiënten met diabetes type 1 leven met een constant risico op hyper- of hypoglykemie. Nauwkeurig gecontroleerde insulineafgifte zou kunnen helpen om de regulering van hun bloedsuikerspiegel te verbeteren. Vermeld in het journaal Angewandte Chemieheeft een onderzoeksteam nu een nieuwe insulineformulering geïntroduceerd die kan worden ingeschakeld door glucose: dragers van lipide nanodeeltjes geven meer of minder insuline af, afhankelijk van de bloedsuikerspiegel.

Insulinespiegels in plasma worden voornamelijk gereguleerd door β-cellen in de pancreas en weerspiegelen schommelingen in de bloedsuikerspiegel. Patiënten met diabetes type 1 kunnen zeer weinig of geen insuline produceren en hebben meerdere dagelijkse injecties van een snelwerkende insuline en een of twee injecties van een langwerkende insuline nodig om hun bloedsuikerspiegel op een normaal niveau te houden.

Als alternatief dragen ze een insulinepomp die zorgt voor een continue infusie. De insulineformuleringen kunnen niet reageren op veranderingen in de bloedsuikerspiegel en maken dus geen nauwkeurige regulatie van de bloedsuiker mogelijk. Als een overdosis insuline wordt toegediend, een maaltijd wordt overgeslagen of als er te weinig koolhydraten worden geconsumeerd vóór zware fysieke activiteit, is er een verhoogd risico op acute, levensbedreigende hypoglykemie.

Insulineformuleringen die op glucose reageren en de functie van β-cellen nabootsen, zouden de insulinetherapie kunnen verbeteren. Verschillende benaderingen met insuline “dragers” gemaakt van polymeren met opgenomen glucose-oxidase als glucosedetector hebben twee problemen: de polymere dragers hebben geen uniform molecuulgewicht en glucose-oxidase is giftig als het in het lichaam vrijkomt.

Een Chinees team onder leiding van Jinqiang Wang en Zhen Gu aan de Zhejiang University, het Zhejiang Cancer Hospital en de University of Hong Kong koos voor een andere benadering op basis van biocompatibele lipidenanodeeltjes die worden gebruikt als dragers met lipiden met uniforme chemische structuren. Lipidenanodeeltjes worden al op grote schaal klinisch gebruikt als dragers van geneesmiddelen.

Een deel van de lipiden is aangepast zodat de oppervlakken van de zelf-geaggregeerde nanodeeltjes veel positieve ladingen dragen. Insulinemoleculen met een negatieve lading binden zich elektrostatisch aan de nanodeeltjes en komen langzaam vrij wanneer de bloedsuikerspiegel normaal is. Als de bloedsuikerspiegel hoog is, vormen bepaalde lipiden in de nanodeeltjes chemische bindingen met de glucose, waardoor de positieve lading aan het oppervlak afneemt en de afgifte van insuline aanzienlijk wordt versneld.

Bij diabetische muizen die met de nieuwe insulineformulering werden behandeld, was het mogelijk om zes uur lang een normale bloedsuikerspiegel te behouden. Na injectie van glucose zakte de bloedsuikerspiegel bij de behandelde diabetische muizen net zo snel naar een normaal niveau als bij gezonde muizen.

In de toekomst zou een combinatie van deze op glucose reagerende insulineformulering met een dispensatieapparaat dat wordt aangestuurd door een draagbare elektronische suikerdetector de regulatie van de bloedsuikerspiegel bij diabetespatiënten aanzienlijk kunnen verbeteren.