Den menschlichen Körper mit temporären Tätowierungen und winzigen Implantaten hacken

Wenn Geräte jeden Schritt nachverfolgen können und Körperteile auf 3D-Druckern hergestellt werden, scheint es seltsamerweise primitiv, dass Menschen mit Diabetes immer noch jeden Tag mit den Fingern herumstochern müssen, um den Blutzuckerspiegel zu überprüfen. Es ist nicht verwunderlich, dass dies einer der Hauptgründe ist, warum viele Diabetespatienten im Umgang mit ihren Beschwerden von der Strecke geraten - sie werden all der Nadelstiche müde.

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Aber die Linderung von wunden Fingerspitzen scheint in Form eines einfachen Vergnügens der Kindheit - der temporären Tätowierung - auf dem Weg zu sein. Ein Forschungsteam der University of California in San Diego hat einen flexiblen Sensor entwickelt, der auf dünnes Tattoo-Papier gedruckt ist und auf der Haut einer Person haftet. Nach dem Anbringen erzeugen die Elektroden des Streifens nach jeder Mahlzeit etwa 10 Minuten lang einen milden Strom. Dieser Strom zieht Glukose, die von positiv geladenen Natriumionen durch den Körper getragen wird, näher an die Hautoberfläche. Der Sensor misst, wie stark die Ladung direkt unter der Haut ist, und schätzt, wie viel Glukose - der Zucker, den Diabetiker nur schwer abbauen können - sich im Blut befindet.

Ein Gerät namens GlucoWatch, das von der FDA im Jahr 2001 zugelassen wurde und nach demselben allgemeinen Prinzip betrieben wurde, sich jedoch nie durchsetzte. Das Problem war, dass es Hautreizungen verursachte und den Menschen oft mitteilte, dass ihr Blutzuckerspiegel höher war als sie tatsächlich waren.

Bisher hat das temporäre Tattoo diese Probleme vermieden, teilweise weil es einen geringeren elektrischen Strom verbraucht. Sieben Personen im Alter von 20 bis 40 Jahren, die an einem Test teilnahmen, berichteten lediglich von einem leichten Kribbeln, als das Tattoo gemessen wurde. Und diese Messungen, die nach kohlenhydratreichen Mahlzeiten mit Limonaden und Sandwiches durchgeführt wurden, ähnelten sehr stark den Blutzuckerwerten, die mit herkömmlichen Fingersticks gemessen wurden.

Jedes Tattoo dauert einen Tag, bevor es ersetzt werden muss. Das hört sich vielleicht ineffizient an, aber die Blutzuckersensorstreifen sind preiswert - nur ein paar Cent pro Stück, so die führende Forscherin Amay Bandodkar.

In seinem experimentellen Stadium kann das temporäre Tattoo der Person, die es trägt, keinen numerischen Wert ihres Blutzuckerspiegels liefern. Ziel ist es jedoch, dem Tattoo Bluetooth-Funktionen zu verleihen, die es ihm ermöglichen, die Daten direkt an ein mobiles Gerät oder eine Arztpraxis zu senden.

Die vorübergehenden Tätowierungen für Diabetes sind in Kürze nicht mehr in Ihrer Apotheke erhältlich. Die Untersuchung in San Diego wurde durchgeführt, um einen Proof of Concept zu erstellen. Würde der Ansatz funktionieren und wie gut? Auf der Grundlage der Ergebnisse ist Bandodkar jedoch der Ansicht, dass temporäre Tätowierungen auch zur Messung anderer Verbindungen im Blut verwendet werden könnten, beispielsweise von Medikamenten oder Alkoholspiegeln.

Der Körper elektrisch

Die Idee, elektrische Impulse zur Manipulation oder Behandlung von Krankheiten zu verwenden, ist kaum neu - der erste Schrittmacher wurde 1958 in einen menschlichen Körper implantiert. Bis vor kurzem waren die Geräte jedoch in der Regel klobig und nicht besonders präzise und stimulierten häufig mehr neuronale Schaltkreise, als sie brauchten zu.

Jetzt entsteht jedoch ein neues Gebiet der medizinischen Forschung, das manchmal als "Elektrozeutika" bezeichnet wird. Es beinhaltet die Verwendung implantierbarer elektronischer Geräte zur Steuerung der neuronalen Schaltkreise des Körpers - und arbeitet nach der Theorie, dass Sie winzige Elektroden zur Behandlung einer Krankheit verwenden könnten, wenn Sie den Nervenweg einer Krankheit abbilden können. Durch die Konzentration auf bestimmte Neuronen könnten Behandlungen weitaus präziser sein, als ein ganzes System mit Medikamenten zu überfluten.

Das britische Pharma- und Gesundheitsunternehmen GlaxoSmithKline setzt bereits auf diese Art der bioelektrischen Forschung. Es wurde ein Fonds in Höhe von 50 Millionen US-Dollar zur Unterstützung von bis zu sieben Geräte-Start-ups auf diesem Gebiet eingerichtet. Im vergangenen Herbst wurden weitere 5 Millionen US-Dollar für einen Innovations-Herausforderungsfonds bereitgestellt, um Forscher zur Entwicklung von bioelektrischen Geräten zu ermutigen.

Auch die National Institutes of Health haben im vergangenen Herbst angekündigt, in den nächsten sechs Jahren fast 250 Millionen US-Dollar auszugeben, um die Nervenbahnen und elektrischen Aktivitäten von fünf verschiedenen Organsystemen abzubilden und dann Geräte zu entwickeln, die an die entsprechenden angeschlossen werden können Nerven und bekämpfen Krankheiten in diesen Organen. Dies wird kein kleines Unterfangen sein. Die Forscher müssen in der Lage sein zu identifizieren, welche Nerven was für ein Organ tun, damit sie wissen, wo sie die elektrische Ladung anlegen müssen.

Aber schon jetzt zeigen bioelektronische Geräte, wohin die Medizin steuert:

• Anfang dieses Monats genehmigte die Food and Drug Administration (FDA) ein Gerät, das die Nerven im Magen stimuliert, um übergewichtigen Menschen beim Abnehmen zu helfen. Das wiederaufladbare Maestro-System besteht aus einer kleinen Scheibe, die unter der Haut gegen die Rippen implantiert wird und einen elektrischen Impuls erzeugt. Dieser Puls sendet Signale, die den Vagusnerv blockieren, was dazu führt, dass sich die Person voll fühlt.
• Letztes Jahr gab die FDA die Freigabe für ein Gerät, das in der Nähe des Schlüsselbeins implantiert wurde und den Nervus hypoglossus unter dem Kinn leicht schockiert. Es ist eine neue Art der Behandlung von Schlafapnoe, bei der Menschen während des Schlafs aufhören zu atmen, weil sich ihre Atemwege vorübergehend verschließen. Die elektrischen Impulse sollen die Atemwege offen halten.
• Mehr als die Hälfte der Patienten mit schwerer rheumatoider Arthritis in einer kürzlich in Amsterdam durchgeführten klinischen Studie gaben an, dass ihre Schmerzen nach der Implantation eines Geräts in den Hals verringert wurden. Mit einem Magneten konnten die Patienten das Gerät täglich drei Minuten lang einschalten. Die resultierenden elektrischen Impulse reduzierten die Anzahl der Immunzellen, die zu ihren Gelenken wanderten, und linderten die Entzündung, die Schmerzen verursacht.
• Mit einem Gerät, das einen Nerv im Nacken umschlingt, konnten Forscher in Deutschland den Blutdruck von Ratten um bis zu 40 Prozent senken. Die Wissenschaftler sagten, der Blutdruck sei innerhalb von fünf Sekunden nach Stimulation des Nervs gesunken.
• Ende letzten Jahres genehmigte die FDA das erste drahtlose Neuromodulationsgerät, das bei chronischen Rücken- und Beinschmerzen helfen kann. Das winzige implantierbare Gerät, das nur wenige Zentimeter lang ist, löst eine Reaktion aus, die es dem Gehirn ermöglicht, bestimmte Schmerzsignale neu abzubilden.