Blutzuckermonitor unter der Haut

Forscher am Draper Laboratory im amerikanischen Cambridge arbeiten an einem Nanosensor, der ähnlich wie Tattoofarbe unter die Haut gespritzt werden kann. Das System kann den Blutzuckerspiegel überwachen und fluoresziert je nach Wert unterschiedlich intensiv unter infrarotem Licht. Ein Diabetiker erfährt so, ob er nach dem Essen eine Insulin-Injektion benötigt. Ein Prototyp des Sensors, der auf diese Art Natrium feststellen kann, wurde bereits erfolgreich an Mäusen getestet; Tierversuche an der Blutzucker-Version sollen bald folgen.

Die verlässlichste Methode, den Blutzucker zu messen, besteht immer noch darin, eine Nadel in einen Finger einzustechen und damit eine kleine Blutprobe zu nehmen, die dann an einem enzymbepackten Teststreifen überprüft werden kann. Seit einiger Zeit versuchen gleich mehrere Firmen, diesen zeit- und kostenintensiven Prozess durch neuartige Blutzuckermonitore zu ersetzen. Da gibt es die unterschiedlichsten Ideen: Vom implantierten Dauermonitor, der selbst die benötigte Insulinmenge abgeben kann, bis hin zu noninvasiven Sensoren, die den Blutzucker durch die Haut mittels infrarotem Licht erkennen können.

Heather Clark und ihre Kollegen am Draper Laboratory entwickeln nun eine Technik, die zwischen beiden Extremen liegt. Das verwendete Material besteht aus 120 Nanometer großen Polymer-Kügelchen, die mit einer biokompatiblen Lösung beschichtet sind. Jedes Kügelchen enthält einen fluoreszierenden Farbstoff und spezielle Sensormoleküle, die dazu entwickelt wurden, Chemikalien wie Natrium oder Blutzucker zu erkennen.

Injiziert man sie unter die Haut, ziehen die Sensormoleküle die Zielchemikalie, beispielsweise Natrium, aus der Umgebungskörperflüssigkeit in das Polymer hinein. Für jedes positiv geladene Natrium-Ion wird ein positiv geladenes Farb-Ion freigesetzt, was dazu führt, dass das Molekül fluoresziert. Die Stärke der Fluoreszenz erhöht sich mit der Konzentration der Zielchemikalie. Forscher können verschiedene Erkennungsmoleküle nutzen, um jeweils einen gewünschten Stoff zu finden – Chlor, Kalzium oder auch Blutzuckermoleküle. Die erkennbaren Konzentrationen lassen sich durch die Zusammensetzung der einzelnen Komponenten im Nanosensor festlegen – je nachdem, ob man präzise oder breiter messen möchte.

Der Natrium-Sensor, der eines Tages als Messgerät gegen Austrocknung verwendet werden könnte, funktioniert bei Tieren schon recht gut. Injiziert man ihn unter die Haut von Nagern, bleiben die Kügelchen an der Einstichstelle und fluoreszieren passend zur Gabe von Salzlösungen. Die Forscher haben inzwischen auch einen Blutzucker-Sensor entwickelt, der ähnlich arbeitet. Im Reagenzglas funktioniert er bereits.

Auf lange Sicht stellt sich Clark einen Sensor vor, der in die Oberfläche der Haut injiziert würde – weniger tief als Tattoofarbe, so dass er sich mit der Zeit auflösen kann. Ein Fluoreszenzmessgerät, das an eine optische Computermaus erinnert, würde dann zur Messung des emittierten Lichts verwendet.

"Das ist bislang einzigartig, weil es zunächst kein Verbrauchsmaterial gibt", sagt Clark. Blutzuckerstrips, die Enzyme zur Erkennung nutzen, müssten dagegen ständig ersetzt werden. "Andere Monitorgeräte, sogar konkurrierende Nanosensoren, haben nur eine eingeschränkte Lebensdauer, was ihre Implantierung schwierig macht."

Trotzdem wird es noch eine Weile dauern, bis die neue Technik wirklich beim Menschen ankommt. Zwar riefen die Kügelchen in den ersten Tierversuchen keine Immunantwort hervor, doch müssen dazu noch genaue Studien durchgeführt werden. Die Messung der Immunantwort sei besonders wichtig, weil sie örtliche Blutzuckerwerte verändern könnte, sagt auch George Wilson, Chemiker an der University of Kansas. "Makrophagen fressen Blutzucker." Auch könnten weitere Faktoren die Fluoreszenz verändern, etwa der Ton der Haut und das Alter. (bsc)