Zhen Guem připravené inteligentní nanočástice hlídají hladinu cukru v krvi a aplikují se stovkou drobných rozpustných jehliček. (Kredit: Zhen Gu)

Ve Sborníku PNAS (pýše Americké akademie věd), to podle jmen autorů v řadě článků vypadá, jako by se USA stávaly asijskou enklávou. Jeden z článků, který zaujal laickou veřejnost, je z pera Zhen Gu. Nejspíš proto, že mladík o sobě v krátké době nechává slyšet opakovaně. Z jeho universitní dílny vypadla už náplast pro diabetiky. Je velikosti nehtu na prsteníčku a obsahuje stovky mikro-jehliček. To aby její bodnutí nebylo tak bolestivé. To ale na ní není to hlavní. Tím je napodobení přirozeného producenta inzulinu – B buněk Langerhansových ostrůvků slinivky břišní. Tyto buňky jsou "univerzálové". Nejen, že jsou chemickými výrobnami, ale plní současně funkci úložiště. Vyprodukovaný inzulín v sobě skladují ve váčcích. A také mají alarm. Jakmile v krvi stoupne hladina glukózy, jejich řídící centrum začne s uvolňováním inzulinu do krevního řečiště.

Jehličky v detailu skenovacího mikroskopu. (Kredit: J. Yu a kol.)

Podle popsaného vzoru se umělé váčky s obdobnou funkcí, pokusil zkonstruovat Zhen Gu. Inzulín „zabalil“ do materiálu, jehož součástí je kyselina hyaluronová - látka, kterou dobře znají ženy. Je totiž součástí celé řady kosmetických omlazovadel a vylepšovadel. Druhou látkou, která tvoří obal nanokapslí, je 2-nitroimidazol. I v jeho případě nejde o nic převratně nového. Zmíněná organická sloučenina se využívá v diagnostice. Z této levné dvojice komponent Gu vytvořili novou látku. Molekuly mají jeden konec hydrofilní, druhý hydrofobní a zajímavé jsou tím, že se na povrchu inzulínu organizují do membrány s hydrofobními konci směřujícími směrem dovnitř, a hydrofilními ven.

Do struktury váčků o stokrát menším průměru, než je šířka lidského vlasu, se mu podařilo vecpat nejen jádro z krystalického  inzulínu, ale také enzymy, které reagují na glukózu. Jakmile hladina cukru v krvi vzroste, nadbytek glukózy se prodere dovnitř kapsle. Zapouzdřené enzymy krmené glukózou se dají do práce a zahájí její převod na kyselinu glukonovou. Reakce spotřebovává kyslík a  jeho úbytek poruší hydrofobnost membrány. Váčky s uloženým krystalickým inzulinem se začnou rozpadat a hormon se vysype do krevního řečiště.

Samozřejmě, že životnost umělých nano-kontejnerů je omezená a že je potřeba je do těla v jistých intervalech dodávat. A tak došlo k dalšímu vylepšení. Místo injekční stříkačky, nebo trvale zavedeného cévního katetru, inteligentní inzulínové nanočástice Gu zabudoval do rozpustných hrotů nanojehel. Aplikaci inzulínu tak zjednodušil na pouhé občasné přitlačení na náplast.

Zhen Gu, bioinženýr na University of North Carolina at Chapel Hill. Vylepšovatel náplastí všeho druhu.

Pochopitelně, že ještě lepším řešením je automatická inzulínová pumpa. Diabetiků ale podle údajů WHO už je více než 387 000 000. Do roku 2035 by tento počet měl vzrůst na hrozivých 592 000 000. Z toho je zřejmé, že se na všechny automatická inzulinová pumpa nedostane. Navržená Guova náplast by se měla stát fyziologičtější variantou nynější klasické léčby diabetu.

Elastická náplast s mikrokapslemi začne uvolňovat bolest tišící drogu až při náročnějším pohybu. (Kredit: Jin Di, University of North Carolina at Chapel Hill, 2015)

Nyní Zhen Gu vysypal z rukávu další zlepšovák. Asistují u něj další Asiaté: Jin Di, Shanshan Yao,  Yanqi Ye, Zheng Cui, Jicheng Yu a Yong Zhu. A jak jinak, zase jde o náplast. Tentokrát je obzvláště přilnavá a extrémně pružná. To aby dobře držela na kloubech  prstů, loktů, kolenou a kotnících.  Do lepivé části elastomeru jsou integrovány mikrokapsle. Z těch se účinná látka začne uvolňovat až při natažení náplasti. Čím větší silou se náplast natahuje, tím větší tlaky v ní působí a to všemi směry a stlačují mikrokapsle. Z těch se při námaze začnou uvolňovat účinné látky.

Mikrokapsle není problém naplnit ledasčím. Nemocní s arthritidou ocení drogy tišící bolest. Těm, co v průběhu pracovního dne musejí občas nějaký ten úkon provést v mikrobiologicky něpřívětivém prostředí, by mohli se zase mohly hodit cílené antibakteriální léky. Pacientům s rizikem melanomu by zase mohlo pomoci eliminovat riziko postupné uvolňování cytostatik v místech, kde je kůže drážděna oděvem, obuví,... Spektrum využití nápadu se má dál rychle rozšiřovat.

Komentář osla
Nestálo by za úvahu dávat drogově závislým jejich legální "šleh" právě formou takové náplasti? Z posedávajících flákačů by byli sportovci a i ten požadavek pracovat by se jim mohl začít jevit zábavnější.

Literatura
"Stretch-Triggered Drug Delivery from Wearable Elastomers Containing Therapeutic Depots." Aug. 10, 2015, ACS Nano DOI: 10.1021/acsnano.5b03975 
North Carolina State University 
PNAS