Elektrokatalyse ElektrokatalyseImplantat senkt Blutzucker durch elektrochemischen Glukoseabbau

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Ein Implantat der ETH Zürich setzt Glukose elektrochemisch zu Gluconat um. Bei Mäusen mit Typ-2-Diabetes senkte es den Blutzucker. Auf Nachfrage von DeviceMed erläutert Studienleiter Martin Fussenegger, wie ein Glukosesensor die Aktivierung steuert und welche technischen Fragen vor einer Anwendung beim Menschen offen sind.

Am Anfang des Regelkreises steht ein Vibrationsalarm. Überschreitet die Glukosekonzentration im Gewebe einen eingestellten Grenzwert, vibriert das Lesegerät eines kommerziellen Glukosesensors. Ein Vibrationssensor registriert den Alarm, ein Mikrocontroller schaltet die drahtlose Energieversorgung ein. Unter der Rückenhaut einer Maus beginnt daraufhin ein Katalysator, Glukose umzusetzen.

Entwickelt hat das Implantatsystem ECHO eine Arbeitsgruppe um Debasis Maity und Martin Fussenegger vom Departement Biosysteme der ETH Zürich in Basel. In „Science“ berichten die Forscher über Versuche an Mäusen mit Typ-2-Diabetes [1]. Das Implantat oxidiert Glukose zu Gluconat, das nach Angaben Fusseneggers überwiegend über die Nieren ausgeschieden wird [2].

Gold und Platin auf Graphitfilz

Die katalytische Oberfläche besteht aus porösem Graphitfilz mit Gold-Nanostrukturen und kleineren Platinpartikeln. Sie kommt ohne Enzyme oder lebende Zellen aus. Glukose tritt aus dem Blut in die Gewebeflüssigkeit über und erreicht die Oberfläche durch Diffusion. Die Umsetzung lässt sich elektrisch ein- und ausschalten [1,2].

Wie Fussenegger auf Nachfrage von DeviceMed erläutert, sitzt die Elektronik in einem 3D-gedruckten Polyamidgehäuse. Ein externer Hochfrequenzgenerator überträgt Energie induktiv bei 13,56 Megahertz. Die Empfangselektronik erzeugt daraus eine stabilisierte Gleichspannung; Strom- und Spannungsbegrenzer kontrollieren die Versorgung des Katalysators [2].

Umweg wegen proprietärer Protokolle

Im Versuchsaufbau arbeiteten ein Glukosesensor des Typs FreeStyle Libre 3 und ein Arduino-Nano-Mikrocontroller zusammen. Nach jeweils fünf Minuten entschied die aktuelle Glukosemessung über eine weitere Aktivierung. Die indirekte Schnittstelle war laut Fussenegger nötig, weil die proprietären Kommunikationsprotokolle des kommerziellen Sensors keinen unmittelbaren Zugriff zur Steuerung externer Geräte erlauben [2].

Die automatische Regelung wurde über zwölf Tage erprobt. Nach Angaben Fusseneggers bestimmte die Nutzungsdauer des verwendeten Sensors diesen Zeitraum. Bereits fünfminütige Aktivierungsintervalle ermöglichten eine stabile Glukoseregulation, ohne dass eine Unterzuckerung beobachtet wurde [2].

Sechs Wochen täglich behandelt

Davon getrennt lief eine sechswöchige Behandlungsreihe. Hier aktivierte das Team das Implantat täglich 60 Minuten bei 0,75 Volt und 10 Milliampere. Die Hauptversuchsgruppen umfassten jeweils acht Tiere. Die behandelten Mäuse verloren bis zu zehn Prozent ihres Körpergewichts. Die Triglyceridwerte im Blut sanken, während freie Fettsäuren und Ketonkörper zunahmen. Ketonkörper entstehen beim Abbau von Fettsäuren [1,2].

Untersuchungen am Menschen fehlen bislang. Erste Stabilitätsversuche zeigten, dass Elektroden nach drei Monaten unter der Haut weiterhin Glukose oxidierten. Eine nachweisbare Anreicherung von Gold oder Platin fand das Team unter den untersuchten Bedingungen weder im Blutserum noch in Organgewebe. Die Sicherheit eines jahrelangen Betriebs ist damit nicht belegt. Als nächsten Schritt prüft die Arbeitsgruppe Untersuchungen in größeren Tiermodellen [2].

Quellen

[1] Maity D, Guha Ray P, Buchmann P, Charpin-El Hamri G, Fussenegger M. Wireless electrocatalytic closed-loop system for drug-free management of diabesity. Science. 2026;394:eady8560. doi: 10.1126/science.ady8560.
[2] Fussenegger M. Auskünfte zum elektrokatalytischen Implantatsystem ECHO. Persönliche Mitteilung per E-Mail an Guido Deußing. 24. Oktober 2026.