Auf Glukose ansprechende, ladungsschaltbare Lipid-Nanopartikel für die Insulinabgabe

Patienten mit Typ-1-Diabetes leben mit einem konstanten Risiko für Hyper- oder Hypoglykämie. Eine genau kontrollierte Insulinausschüttung könnte helfen, ihren Blutzuckerspiegel besser zu regulieren. Berichtet in der Zeitschrift Angewandte Chemiehat ein Forscherteam nun eine neuartige Insulin-Formulierung vorgestellt, die durch Glukose angeschaltet werden kann: Lipid-Nanopartikel-Träger setzen je nach Blutzuckerspiegel mehr oder weniger Insulin frei.

Insulinspiegel im Plasma werden hauptsächlich durch β-Zellen in der Bauchspeicheldrüse reguliert und spiegeln Schwankungen des Blutzuckerspiegels wider. Patienten mit Typ-1-Diabetes können sehr wenig oder kein Insulin produzieren und benötigen täglich mehrere Injektionen eines schnell wirkenden Insulins sowie ein oder zwei Injektionen eines lang wirkenden Insulins, um ihren Blutzucker auf einem normalen Niveau zu halten.

Alternativ tragen sie eine Insulinpumpe, die eine kontinuierliche Infusion bereitstellt. Die Insulinformulierungen können nicht auf Änderungen des Blutzuckerspiegels reagieren und erlauben somit keine genaue Regulierung des Blutzuckers. Wenn eine Insulinüberdosis verabreicht wird, eine Mahlzeit ausgelassen wird oder vor einer anstrengenden körperlichen Aktivität zu wenig Kohlenhydrate aufgenommen werden, besteht ein erhöhtes Risiko einer akuten, lebensbedrohlichen Hypoglykämie.

Insulinformulierungen, die auf Glukose ansprechen und die Funktion von β-Zellen nachahmen, könnten die Insulintherapie verbessern. Verschiedene Ansätze mit Insulin-„Trägern“ aus Polymeren mit eingebauter Glucoseoxidase als Glucosedetektor leiden an zwei Problemen: Die Polymerträger haben kein einheitliches Molekulargewicht und Glucoseoxidase ist toxisch, wenn sie in den Körper freigesetzt wird.

Ein chinesisches Team unter der Leitung von Jinqiang Wang und Zhen Gu von der Zhejiang University, dem Zhejiang Cancer Hospital und der University of Hong Kong wählte einen anderen Ansatz, der auf biokompatiblen Lipid-Nanopartikeln basiert, die als Träger mit Lipiden mit einheitlichen chemischen Strukturen verwendet werden. Lipid-Nanopartikel sind bereits in breitem klinischen Einsatz als Wirkstoffträger.

Ein Teil der Lipide wurde so modifiziert, dass die Oberflächen der selbstaggregierten Nanopartikel viele positive Ladungen tragen. Negativ geladene Insulinmoleküle binden elektrostatisch an die Nanopartikel und werden bei normalem Blutzuckerspiegel langsam freigesetzt. Bei hohem Blutzuckerspiegel gehen bestimmte Lipide in den Nanopartikeln chemische Bindungen mit der Glukose ein, wodurch die positive Ladung an der Oberfläche reduziert und die Insulinfreisetzung deutlich beschleunigt wird.

Bei diabetischen Mäusen, die mit der neuen Insulinformulierung behandelt wurden, gelang es, sechs Stunden lang einen normalen Blutzuckerspiegel aufrechtzuerhalten. Nach Injektion von Glukose sank der Blutzucker bei den behandelten diabetischen Mäusen genauso schnell auf ein normales Niveau wie bei gesunden Mäusen.

Eine Kombination dieser auf Glukose ansprechenden Insulinformulierung mit einem von einem tragbaren elektronischen Zuckerdetektor gesteuerten Abgabegerät könnte in Zukunft die Regulierung des Blutzuckerspiegels bei Diabetespatienten deutlich verbessern.