בלי אינסולין ובלי תרופות: השבב הזעיר ש"שורף" סוכר בדם

הסוף לזריקות? עבור מאות מיליוני אנשים ברחבי העולם המתמודדים עם סוכרת מסוג 2, שגרת החיים היא מאבק יומיומי בלתי פוסק. דקירות אצבע, חישובי פחמימות מורכבים, כדורי מטפורמין, תרופות ממשפחת ה-GLP-1 (כמו אוזמפיק) או הזרקות אינסולין. אלא שכל הטיפולים הללו חולקים מגבלה משותפת. הם כופים על הגוף כמויות קבועות של חומרים כימיים שעלולים לגרור תופעות לוואי, בעוד שרמות הסוכר בדם משתנות ללא הרף בהתאם למצב הרוח, למתח, לאיכות השינה ולתזונה.

כעת, מדענים מהמכון הטכנולוגי הפדרלי של ציריך (ETH Zurich) מציעים פרדיגמה שונה לחלוטין. במחקר פורץ דרך שפורסם בכתב העת המדעי היוקרתי Science, הציג צוות ביו-מהנדסים בראשות פרופ' מרטין פוסנגר התקן תת-עורי ראשון מסוגו שאינו משחרר אף תרופה לגוף, אלא מפרק ומחסל סוכר עודף בדם באופן כימי-חשמלי ישיר.

ההתקן, שזכה לשם ECHO (ראשי תיבות של Electrocatalytic Closed-Loop Health Optimization), הוא שבב מלבני שטוח וזעיר, בערך בגודלו של דיסק-און-קי סטנדרטי (DOK).

זהב, פלטינה וחשמל

בבסיסו של שתל ה-ECHO מונחת לוחית גרפיט המוליכה זרם חשמלי עדין במיוחד. על גבי הלוחית מוטבעות ננו-פתיתי זהב מסועפים, המשובצים בכדוריות פלטינה מיקרוסקופיות.

המתכות הללו אינן מתכלות, אלא משמשות כזרז (קטליזטור). ברגע שמופעל מתח חשמלי אלחוטי מחוץ לגוף, פני השטח של השבב יוצרים תגובה אלקטרו-כימית שמחמצנת את מולקולות הגלוקוז העודפות בדם, והופכת אותן למטבוליט בלתי מזיק וקל לעיבוד בשם גלוקונאט.

בניסויים בעכברים, הגוף שרף כחמישית (20%) מהגלוקונאט שהופק לצורך אנרגיה טבעית, בעוד שאר ה-80% פשוט נשטפו החוצה מהגוף דרך הכליות והשתן באופן טבעי וללא כל פגיעה באיברים.

אחת ההפתעות הגדולות של הניסוי נגעה לסלקטיביות המופלאה של השתל: אף שזרם הדם רווי במולקולות סוכר חיוניות אחרות הדומות מאוד לגלוקוז (כמו פרוקטוז, גלקטוז ולקטוז), השבב כיוון ופירק אך ורק את הגלוקוז - תכונה קריטית שמונעת פגיעה במאזן הביוכימי של הגוף.

"אין לנו עדיין הסבר מבני או פונקציונלי מלא לכך, לא תכננו את זה מראש", הודה פרופ' פוסנגר. "הספציפיות המוחלטת הזו הייתה, אפשר לומר, מכת מזל מדעית".

איזון בתוך שעה וירידה במשקל

התוצאות במודלים של עכברים חולי סוכרת הסובלים מהשמנת יתר היו דרמטיות. ברגע שהשתל הופעל, רמות הסוכר בדם חזרו לנורמה בתוך שעה אחת בלבד. בנוסף, טיפולים חוזרים שמרו על רמות גלוקוז יציבות לחלוטין לאורך שישה שבועות רצופים. החיות שטופלו הציגו ירידה ניכרת ברמות הטריגליצרידים (שומנים בדם המגבירים סיכון למחלות לב) ואף ירידה במשקל הגוף.

בנוסף, החוקרים הדגימו מעגל סגור ואוטונומי לחלוטיןץ הם חיברו את השתל לסמארטפון באמצעות חיבור אלחוטי, והסמארטפון חובר למד סוכר רציף (CGM) מסחרי סטנדרטי המוצמד לעור. המערכת פעלה במשך שבועיים תמימים ללא מגע יד אדם - מד הסוכר שידר נתונים לטלפון, וכאשר זוהתה קפיצה ברמת הסוכר, הטלפון הפעיל את השתל לפרק זמן מדוד עד להחזרת האיזון.

מה ההבדל בין השתל החשמלי למשאבת אינסולין?

משאבת אינסולין חכמה מתנהגת כמו "מזרק אוטומטי". היא מנטרת את הסוכר ומזריקה לגוף הורמון (אינסולין) שמאלץ את תאי הגוף לקלוט את הסוכר. הבעיה היא שהאינסולין נשאר בזרם הדם, ואם המינון שגוי - החולה עלול לצנוח ל"היפוגליקמיה" (תת-סוכר קיצוני ומסכן חיים).

השתל של ECHO פועל הפוך - כמו "מטהר מים פנימי". הוא אינו מכניס שום חומר לגוף. ברגע שיש סוכר עודף, הוא שולח אליו פולס חשמלי ממוקד שהופך את הסוכר לחומר בלתי מזיק שהכליות פולטות בשתן. כשרמת הסוכר מתאזנת - השתל פשוט נכבה, ללא שאריות חומרים בגוף.

אין דחייה, אין צלקות

אחד המכשולים העיקריים שהכשילו עד כה שתלים רפואיים לטיפול בסוכרת (כמו כמוסות המכילות תאים מהונדסים) הוא התגובה של המערכת החיסונית: הגוף מזהה את הגוף הזר, עוטף אותו ברקמת צלקת עבה וחונק את פעילותו בתוך ימים או שבועות.

במקרה של ECHO, החוקרים נדהמו לגלות כי רקמות העכברים לא הראו שום סימני דלקת, לא נוצרה רקמת צלקת סביב השבב, ולא נרשמה כל דליפה של מתכות (זהב או פלטינה) לדם. שתלים שהוצאו מהעור לאחר שישה שבועות ואף שלושה חודשים המשיכו לפעול ביעילות קטליטית מלאה.

"יציבות תפקודית של שישה שבועות היא כבר הישג שנמצא מעבר לטכנולוגיה הקיימת כיום", ציינה פרופ' לואיזה טורסי, מומחית לכימיה מאוניברסיטת בארי באיטליה שלא לקחה חלק במחקר.

האתגר האנושי

המעבר מעכברים לבני אדם מציב אתגר הנדסי של קנה מידה. בעוד שבעכבר זורמים כשני מיליליטרים בלבד של דם, בגוף האדם הממוצע זורמים כחמישה ליטרים.

כדי לבדוק האם המנגנון יכול לעמוד בנפחים אנושיים, הזרימו המדענים נוזל עתיר סוכר במערכת מבחנות בנפח של חמישה ליטרים (המדמה את מחזור הדם האנושי) - והשתל הצליח לנקות את עודפי הסוכר ביעילות מרשימה. מאחר שהשבב דק ויושב ממש מתחת לעור (בדומה לשבב זיהוי של חיות מחמד או קפסולות למניעת היריון), פרופ' פוסנגר מעריך כי ההשתלה בבני אדם לא תדרוש ניתוח מורכב, אלא חתך מקומי זעיר שניתן לבצע במרפאה בתוך דקות ספורות.

"אם נוכל לאפשר לאנשים לעבור פרוצדורה פשוטה כזו אחת לשלושה חודשים או פעם בשנה, ופשוט 'לשכוח שיש להם סוכרת' - אני חושב שזה ישנה את חייהם של מיליונים", סיכם פוסנגר. השלב הבא: ניסויים פרה-קליניים נרחבים בבעלי חיים גדולים לקראת כניסה לניסויים קליניים בבני אדם בשנים הקרובות.