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Wearables Insulin per Smartwatch

Redakteur: Kristin Breunig

Insulin per Smartwatch? Hört sich erst einmal komisch an. Forscher der ETH Zürich haben einen Genschalter entwickelt, der sich mit dem grünen LED-Licht von Smartwatches bedienen lässt.

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Mit dem grünen Licht einer Smartwatch können Forscher ein insulinproduzierendes Gen-​Netzwerk anschalten. (Symbolbild)
Mit dem grünen Licht einer Smartwatch können Forscher ein insulinproduzierendes Gen-​Netzwerk anschalten. (Symbolbild)
(Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Sportuhren oder Smartwatches mit integrierten LED-Dioden sind mittlerweile weit verbreitet. Sie geben kontinuierlich oder gepulstes grünes Licht ab, das die Haut durchdringt und u. a. dafür genutzt wird, während sportlicher Betätigung oder in Ruhe den Puls zu messen. Forscher um Martin Fussenegger vom Departement Biosysteme in Basel wollen diese Lichtquelle nutzen, um durch die Haut hindurch Gene zu steuern und das Verhalten von Zellen zu verändern. Die Schwierigkeit dabei: „Ein molekulares System, das auf Grünlicht reagiert, gibt es natürlicherweise in menschlichen Zellen nicht“, betont Fussenegger, „wir mussten deshalb etwas Neues konstruieren.“

Grünlicht aktiviert Gen

Der ETH-Professor und sein Team haben einen molekularen Schalter entwickelt, der – einmal implantiert – mit grünem Licht von Smartwatches aktiviert werden kann. Der Schalter ist mit einem genetischen Netzwerk gekoppelt, das die Forscher menschlichen Zellen hinzufügten. Für diesen Prototyp verwendeten sie wie üblich HEK-Zellen. Je nach Konfiguration dieses Netzwerks – sprich: mit welchen Genen es ausgestattet ist – kann es beispielsweise Insulin produzieren, sobald grünes Licht auf die Zellen trifft. Wird das Licht ausgeschaltet, wird der Schalter inaktiviert und der Vorgang stoppt.

Uhren-Software steuert den Schalter

Das Forschungs-Team benutzte dafür die Standardsoftware der Smartwatch und musste keine eigenen Programme entwickeln. In ihren Versuchen konnten sie das Grünlicht einschalten, indem sie die „Lauf-App“ starteten. „Solche Uhren ab Stange sind universell nutzbar, um den molekularen Schalter umzulegen“, sagt Fussenegger. Neue Modelle senden das Licht gepulst, was sich noch besser eignet, um das Gennetzwerk am Laufen zu halten.

So funktioniert das grünlichtregulierte Gen-​Netzwerk.
So funktioniert das grünlichtregulierte Gen-​Netzwerk.
(Bild: ETH Zürich)

Der molekulare Schalter ist allerdings komplizierter. In der Membran der HEK-Zellen wurde ein Molekülkomplex eingebaut, der ähnlich einer Eisenbahnwagenkupplung mit einem entsprechenden Gegenstück gekoppelt ist. Sobald grünes Licht angeschaltet wird, löst sich das in das Zellinnere hineinragende Stück ab und wird in den Zellkern transportiert. Dort schaltet es ein Gen an, das Insulin produziert. Sobald das Grünlicht erlischt, verbindet sich das abgekoppelte Teil wieder mit dem in der Membran verankerten Gegenstück.

Grünlicht-Wearable von der Stange genügt

Ihr System testete das Team sowohl an einer Speckschwarte als auch an lebenden Mäusen, denen sie die entsprechenden Zellen implantierten und eine Smartwatch wie einen Rucksack anschnallten. Durch das Starten des Laufprogramms der Uhr schaltete sich das Grünlicht ein und setzte die Kaskade in Gang.

„Es ist das erste Mal, dass man mit kommerziell erhältlichen intelligenten elektronischen Geräten, die auf der Hautoberfläche getragen werden, so genannten Wearables, ein solches Implantat steuern kann“, betont der ETH-Professor. Die meisten Uhren verfügen über grünes Licht, weshalb es sinnvoll ist, eine mögliche künftige Anwendung darauf auszurichten. Auf diese Weise müssten Anwender kein spezielles Gerät kaufen.

Zulassung

Bis die Technologie in die Klinik kommt, würde es allerdings mindestens zehn Jahre brauchen, schätzt Fussenegger. Die in diesem Prototyp verwendeten Zellen müssten durch Eigenzellen des Anwenders ersetzt werden; auch muss das System die klinischen Phasen überstehen, ehe es zugelassen wird. Die Hürden dafür sind hoch.

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