ECHO-Implantat: ETH Zürich baut überschüssigen Blutzucker direkt im Körper ab

Weltweit verursachen Typ-2-Diabetes, Übergewicht und damit verbundene Stoffwechselstörungen erhebliche Belastungen für die Gesundheitssysteme. Nach Angaben von Studienautoren belaufen sich die weltweiten Gesundheitskosten in diesem Bereich auf fast 3 Billionen Dollar.

Rund 2,5 Milliarden Erwachsene gelten global als übergewichtig, zudem sind mehr als 500 Millionen Menschen von Typ-2-Diabetes betroffen. Ein neuer technologischer Ansatz zur Blutzuckerkontrolle stammt nun aus der Schweiz: Forschende der ETH Zürich stellen in einer im Fachjournal Science veröffentlichten Studie ein Implantat namens ECHO vor, das Glucose auf elektrochemischem Weg direkt im Körper abbaut.

Elektrokatalytischer Zuckerabbau im Miniaturformat

Das von der ETH Zürich entwickelte ECHO-Implantat besitzt in etwa die Ausmaße eines handelsüblichen USB-Sticks. Das Funktionsprinzip unterscheidet sich grundlegend von herkömmlichen Insulintherapien: Das Gerät oxidiert überschüssige Blutglucose elektrokatalytisch zu Gluconat. Dieser umgewandelte Stoff verbleibt nicht im Organismus, sondern wird zu etwa 80 Prozent über die Nieren auf natürlichem Weg ausgeschieden.

Für den biochemischen Umwandlungsprozess benötigt die Elektrokatalyse eine geringe Betriebsspannung von 0,75 Volt. Die Steuerung des Systems erfolgt automatisiert: Ein autonomer Miniaturcomputer misst kontinuierlich die Glucosewerte und ist drahtlos über ein Smartphone mit einem handelsüblichen Glucosesensor (CGM) gekoppelt.

In Versuchen arbeitete das Gesamtsystem über einen Zeitraum von zwei Wochen vollständig ohne menschliches Eingreifen. Zudem bestätigte das Forschungsteam die Effizienz des Verfahrens in einem Fünf-Liter-Gefäß, was dem Blutvolumen eines erwachsenen Menschen entspricht.

Ergebnisse aus präklinischen Versuchen

In Versuchsreihen mit diabetischen Mäusen zeigte das System eine rasche Wirkung: Der Blutzuckerspiegel normalisierte sich innerhalb einer Stunde und blieb über einen Beobachtungszeitraum von sechs Wochen stabil.

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Neben der Blutzuckerregulierung sanken auch die Triglyceridwerte der Versuchstiere. Bei diabetischen und adipösen Tieren trat zudem eine Gewichtsreduktion von rund 10 Prozent ein, ohne dass Unterzuckerungen oder Entzündungsreaktionen auftraten.

Nach dem Ende der sechswöchigen Versuche entnahmen die Forschenden die Implantate und stellten fest, dass diese weiterhin funktionsfähig waren; einzelne Exemplare blieben bis zu drei Monate aktiv. Weder Vernarbungen noch Entzündungszeichen oder Materialabgaben von Metall an das umliegende Gewebe konnten nachgewiesen werden.

Für die weitere Entwicklung plant die ETH Zürich zunächst Versuche an Großtieren wie Schweinen oder Schafen, bevor klinische Studien am Menschen folgen sollen. Martin Fussenegger schätzt den Zeitrahmen bis zu einer möglichen Zulassung auf zwei bis fünf Jahre.

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Ungeklärte Langzeitfolgen und offene Fragen

Trotz der ermutigenden Laborergebnisse weisen Fachleute auf erhebliche Hürden vor einem Einsatz am Menschen hin. Michael Roden vom Deutschen Zentrum für Diabetes verweist auf bislang ungeklärte Fragen der Langzeitsicherheit.

Zu den potenziellen Risiken zählen Infektionen an der Implantationsstelle, technisches Geräteversagen sowie allergische Reaktionen. Insbesondere bei fortgeschrittenem Diabetes oder bestehenden Nierenschäden bestehe die Gefahr einer Übersäuerung des Körpers.

Auch andere Wissenschaftler mahnen zur Zurückhaltung. José M. Ordovás von der Tufts University, Josefa García Barrado von der Universität Salamanca und José Pablo Miramontes González von der Universität Valladolid fordern umfassende Langzeitstudien. Sie warnen vor möglichen Nebenprodukten der Elektrokatalyse wie freien Fettsäuren oder Ketonen sowie vor Veränderungen des pH-Werts im Blut.

Ordovás gibt zudem zu bedenken, dass die bisherige Studie an kleinen Gruppen genetisch veränderter Mäuse über eine Behandlungsdauer von sechs Wochen und mit einem vollautomatischen Einsatz über zwölf Tage durchgeführt wurde. Die Belastung der Nierenfunktion bei dauerhafter Ausscheidung von Gluconat bleibe vorerst eine offene Frage.