Research press release

グラフェンパッチで糖尿病管理

Nature Nanotechnology

Managing diabetes with a graphene patch

血糖値をモニターし調節できるウエアラブル汗センサーパッチが、今週のオンライン版で報告される。グラフェンを利用したこのパッチを糖尿病マウスに適用すると、糖尿病治療薬のメトホルミンが経皮的に送達され、高い血糖値が低くなることが示されている。

糖尿病患者の最小侵襲的または非侵襲的な血糖値モニタリング法が非常に求められている。指に針を刺すグルコース測定法は痛みを伴うため患者に好まれないが、汗中のグルコースを検出できれば、こうした穿刺血糖測定法に代わる手段となる可能性がある。グラフェンは、柔らかく導電性がある上、非常に薄く透明にできるため、ウエアラブル電子機器用として有望である。しかし、グラフェン合成方法に難点があるため、生化学的マーカー(pH、イオン、生体分子など)を検出する電気化学デバイスへの応用が限られている。

今回Dae-Hyeong Kimたちは、金粒子を添加したグラフェンと金メッシュを組み合わせ、柔軟な半透明パッチを作製した。複数の糖尿病マウスと2人の健常男性で試験を行い、このパッチで糖尿病モニタリングとフィードバック治療が可能になりうることを示した。パッチには、湿度、グルコース、pH、温度を検出する各種センサーが搭載されている。酵素を用いたグルコースセンサーは汗のpH変化の影響を受けるので、pHセンサーと温度センサーを使ってpHと温度をリアルタイムで考慮することによってグルコース測定値を補正し、信頼性を向上させる仕組みになっている。パッチが高濃度のグルコースを検知すると、パッチに埋め込まれたヒーターがマイクロニードルのコーティングを溶かすことによって、メトホルミンが放出される。Kimたちは、患者で試験を行う前にパッチの薬物送達部品をスケールアップする必要があると指摘している。

Richard Guyは、この論文を解説したNews & Views記事の中でこう述べている。「糖尿病管理の至高の目標は、グルコースをモニタリングしその結果に応じて治療薬を送達する非侵襲的フィードバックシステムを実現することです。この目標はまだ達成されていませんが、Kimたちのおかげで目標に近づいたことは確かです」。

A wearable, sweat-sensing patch that can monitor and regulate blood glucose levels is described in a paper published online this week in Nature Nanotechnology. The graphene-based patch is shown to deliver metformin, a drug used to treat diabetes, through the skin to reduce high blood glucose levels in diabetic mice.

A minimally- or non-invasive method for monitoring blood glucose levels in diabetes is much sought after, and detecting glucose in sweat is a potential alternative to finger pricking, which can be painful and has low patient compliance. Graphene shows promise for use in wearable electronics as it is flexible, conducts electricity, and can be transparent, soft and very thin. However, the way that it is synthesized limits its use in electrochemical devices for the detection of biochemical markers, such as pH, ions, and biomolecules.

Dae-Hyeong Kim and colleagues added gold particles to graphene and combined it with a gold mesh to create a flexible, semi-transparent patch and demonstrated its potential for diabetes monitoring and feedback therapy in diabetic mice and two healthy human males. The patch contains a variety of sensors that detect humidity, glucose, pH and temperature. Because the enzyme-based glucose sensor is affected by pH changes in sweat, the pH and temperature sensors correct the glucose measurements by taking into account pH and temperature in real time, improving its reliability. Finally, when the patch senses a high glucose concentration in sweat, heaters embedded in the patch trigger microneedles to dissolve their coat and release the drug metformin. The authors note that the drug delivery components of the patch will need to be scaled up before the patch can be trialled with human patients.

In an accompanying News & Views article, Richard Guy writes: “…although the holy grail of diabetes management - a non-invasive feedback system combining glucose monitoring and responsive drug delivery - is not yet at hand, Kim and co-workers have certainly moved the field closer to this coveted prize.”

doi: 10.1038/nnano.2016.38

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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