Nanopartículas de insulina autorreguladas por glucosa para diabéticos

Dibujo201300603 Schematic of the glucose-responsive nano-network

Diabetes mellitus es un trastorno de la regulación de la glucosa que afecta a unas 366 millones de personas en todo el mundo. El tratamiento ideal para los pacientes sería un sistema artificial con un control en “bucle cerrado” capaz de imitar la actividad del páncreas y liberar insulina en respuesta a los cambios en el nivel de glucosa en sangre. Zhen Gu (MIT, EEUU) y sus colegas han desarrollado un sistema de liberación de insulina auto-regulado por el nivel de glucosa basado en una red polimérica inyectable y biodegradable. El sistema está basado en nanopartículas cargadas que encapsulan insulina y enzimas que detectan el nivel de glucosa (en concreto, glucosa oxidasa GOx). Las nanopartículas se unen electrostáticamente entre sí formando un material poroso nanocompuesto (nanocomposite) capaz de liberar insulina en respuesta a las concentraciones de glucosa. El sistema se puede administrar por vía subcutánea y ha sido probado in vivo en ratones con diabetes mellitus tipo 1. Una sola inyección estabilizó los niveles de glucosa en sangre de los ratones durante 10 días. Todavía es muy pronto para hablar de pruebas en humanos, pero esta tecnología me parece muy prometedora. El artículo técnico es Zhen Gu et al., “Injectable Nano-Network for Glucose-Mediated Insulin Delivery,” ACS Nano 7: 4194–4201, May 2, 2013.

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Diabéticos “con suerte” dentro de lo que cabe (o nanosensores de glucosa integrables en chips de silicio y páncreas artificiales)

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Nanohilos de silicio en el BioFET y su “secreto” químico. (c) IOP

La diabetes es una enfermedad crónica que padecen muchos (que padecerán muchos más en el futuro) que requiere un estricto control alimentario y medidas periódicas de los niveles de glucosa en sangre. Estas medidas son engorrosas para el enfermo. Un medidor continuo de glucosa podría ser la base del sistema microelectrónico de un “páncreas” artificial, que produjera insulina sólo cuando fuera necesaria. Avances recientes nos indican que esta posibilidad no se puede descartar en un futuro no muy lejano  (si eres diabético, lo siento, esto puede tardar más de una década).

Se acaba de publicar el desarrollo de un nuevo tipo de sensor de glucosa nanotecnológico que utiliza nanohilos de silicio para medir en vivo y de forma continua la cantidad de glucosa en sangre [Mohanty’s group, “Silicon-based Nanochannel Glucose Sensor,” Appl. Phys. Lett. 92, 013903 (2008)]. El biosensor desarrollado por Raj Mohanty en la Universidad de Boston puede implantarse fácilmente en el paciente y puede sustituir a las medidas “gota a gota” de la glucosa. El nuevo sensor, que mejora sustancial nanosensores previos [Chen et al. “Silicon nanowires for high-sensitivity glucose detection,” Appl. Phys. Lett. 88, 213104 (2006)] que tenían el gran inconveniente de que eran difíciles de fabricar con las tecnologías actuales (litografía de electrones) de fabricación de chips de silicio (como el Pentium que tienes en el ordenador en el que lees esto).

El nuevo nanosensor utiliza un conjunto de nanohilos (nanocanales) de silicio recubiertos del enzima glucosa-oxidasa que generan un efecto tipo transistor de efecto de campo (FET) biológico (BioFET) [ver la foto, arriba]. La glucosa-oxidas en cada nanohilo de unos 50-100 nanómetros de ancho y unos 6 micrometros de largo permite oxidar la glucosa en sangre mediante una reacción en dos pasos [ver la foto, arriba]. En el primer paso, una molécula de glucosa-oxidasa contiene dos moléculas de una forma oxidada del dinucleótido de flavina y adenina (FAD) que se reduce rápidamente con oxígeno produciendo peróxido de hidrógeno y restarando la forma no oxidada de dicho enzima. En el segundo paso, el polihidroxiácido gluconolactona esponténeamente se hidroliza a ácido glucónico generando un protón (ión de hidrógeno) que cambia localmente el pH de la solución. Los nanosensores son sensibles a dicho cambio de pH, que altera el potencial superficial de los nanohilos y genera un campo eléctrico que modula la conductancia del BioFET. Este efecto es fácilmente amplificado con tecnología estándard de silicio.

El nuevo nanosensor es biocompatible gracias a la tecnología utilizada (aunque todavía no se ha verificado este hecho con experimentos en animales, según Mohanty, actualmente en curso). El nuevo avance permitirá una incorporación más rápida en el mercado de este tipo de bio-nanosensores de glucosa [Belle Dumé, “Glucose sensor goes nano,” nanotechweb.org, 2008] lo que hará más soportable la convivencia con la diabetes (especialmente para niños y ancianos).