Bezbolesna rewolucja w leczeniu cukrzycy: inteligentny monitoring i dawkowanie leków
Technologia opracowana przez prof. Hossama Haicka z Technionu oraz naukowców z Chin umożliwia bezinwazyjne, ciągłe monitorowanie i spersonalizowane dawkowanie leków u pacjentów z cukrzycą.
Naukowcy opublikowali niedawno swoje wyniki w czasopiśmie Nature Communications, prezentując platformę noszoną na skórze, która pozwala na precyzyjne dawkowanie leków dzięki ciągłemu, rzeczywistemu monitorowaniu markerów choroby i leków. System oparty na mikroigłach umożliwia ciągły pomiar poziomu glukozy oraz stężenia metforminy – jednego z najczęściej stosowanych leków przeciwcukrzycowych – poprzez analizę płynu śródmiąższowego w skórze. „To nowy rozdział w dynamicznym, spersonalizowanym zarządzaniu chorobami w czasie rzeczywistym” – powiedział prof. Haick.
Badania prowadzone były przez interdyscyplinarny zespół pod kierownictwem prof. Haicka z Wydziału Inżynierii Chemicznej Wolfsona w Technionie (Izrael), wspólnie z Jianem Yangiem, Xią Gongiem i Ying Zheng oraz prof. Changqingiem Yi i prof. Lelunem Jiangiem z Uniwersytetu Sun Yat-sen w Chinach.
Cukrzyca to przewlekła choroba prowadząca do podwyższonego poziomu glukozy we krwi, co z kolei utrudnia pracę nerek i regulację metabolizmu glukozy. Choroba została określona przez ONZ jako globalna epidemia. W samej tylko Izraelu na cukrzycę choruje około 435 tys. osób, a kolejne 200 tys. nie zdaje sobie sprawy z choroby. W Stanach Zjednoczonych – według CDC – cukrzyca dotyczy prawie 40 milionów osób, czyli 11,6% populacji. Globalnie liczba pacjentów przekracza pół miliarda.
Jednym z największych wyzwań w leczeniu cukrzycy jest skuteczne monitorowanie poziomu glukozy oraz stężenia leków w organizmie. Obecne metody są inwazyjne, bolesne i nie zapewniają ciągłego dostępu do danych przy zmiennych warunkach fizjologicznych organizmu. Terapie są zwykle standaryzowane i nie uwzględniają indywidualnych różnic w metabolizmie, wchłanianiu leków czy reakcji organizmu, co może prowadzić do groźnych powikłań, takich jak hipoglikemia.
Nowa technologia rozwiązuje te problemy dzięki platformie z mikroigłami, które bezboleśnie przylegają do skóry i w czasie rzeczywistym monitorują poziomy glukozy i leków. System łączy mikroigły drukowane w technologii 3D, czujniki z nanonzymami, łączność Bluetooth oraz dedykowaną aplikację mobilną, która umożliwia farmakologicznie sterowane leczenie cukrzycy.
System działa w zamkniętej pętli: mikroigły przenikają przez naskórek i analizują biomarkery w płynie śródmiąższowym. Specjalne czujniki z nanonzymami mierzą poziomy glukozy i metforminy z wysoką precyzją, a dane są przesyłane do aplikacji mobilnej, która przeprowadza farmakokinetyczną i farmakodynamiczną analizę w czasie rzeczywistym, generując spersonalizowane profile farmakologiczne i zalecenia dotyczące dawkowania. W przypadku niepokojących zmian użytkownik lub opiekun jest natychmiast powiadamiany.
Skuteczność systemu została potwierdzona zarówno w badaniach laboratoryjnych (in vitro), jak i na zwierzętach (in vivo). W badaniach na myszach z cukrzycą wyniki systemu korelowały z wynikami uzyskanymi za pomocą tradycyjnych metod (np. ELISA, glukometry), a dodatkowo nowy system wykrywał fluktuacje poziomu glukozy i metforminy, które umykały dotychczasowym rozwiązaniom. Naukowcy wykorzystali system także do stworzenia spersonalizowanych modeli farmakokinetycznych, pokazując, jak ta sama dawka metforminy może działać inaczej u różnych pacjentów – w zależności od wieku, masy ciała czy metabolizmu. Umożliwia to optymalizację dawkowania, z równoczesnym zwiększeniem skuteczności leczenia i ograniczeniem ryzyka działań niepożądanych, takich jak kwasica mleczanowa.
„Dzięki ciągłemu monitorowaniu zarówno stanu choroby, jak i leku, system umożliwia niespotykaną dotąd kontrolę leczenia w czasie rzeczywistym” – podkreślił prof. Hossam Haick. „To otwiera nowe możliwości nie tylko w leczeniu cukrzycy, ale także innych chorób przewlekłych, w których skuteczność leczenia zależy od precyzyjnego dawkowania. Kompaktowy i przyjazny użytkownikowi system idealnie wpisuje się w koncepcję medycyny inteligentnej, łączącej noszone na ciele biosensory, sztuczną inteligencję i farmakologię.”
W przyszłości zespół planuje rozszerzenie systemu na inne przewlekłe schorzenia, takie jak choroby serca czy epilepsja, poprzez modyfikację chemii detekcyjnej. Jak zauważył współautor pracy, prof. Changqing Yi, „To badanie przybliża nas do ery, w której urządzenia noszone na ciele nie tylko będą informować, co dzieje się w organizmie, ale również będą kierować leczeniem w czasie rzeczywistym.”
Źródło: Nature Communications, Microneedle-based integrated pharmacokinetic and pharmacodynamic evaluation platform for personalized medicine, Technion-Israel Institute of Technology
DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-61549-9
