ECHO-Implantat: Blutzucker bei Mäusen binnen einer Stunde normalisiert

Forschende der ETH Zürich um Martin Fussenegger haben ein experimentelles Implantat entwickelt, das überschüssigen Zucker im Blut auf elektrochemischem Weg abbaut.

Das System namens ECHO (Electrocatalytic Closed-Loop Health Optimization) wandelt Glukose mittels einer elektrisch angetriebenen Reaktion in Gluconat um, welches anschließend über die Nieren ausgeschieden wird. Die wissenschaftlichen Ergebnisse zu dem System wurden am 22. Oktober 2026 im Fachjournal Science veröffentlicht.

Technische Funktionsweise und drahtlose Steuerung

Das Implantat misst rund 30 mal 17,5 mal 10 Millimeter und befindet sich in einem 3D-gedruckten Gehäuse aus Polyamid. Im Inneren setzt die ETH Zürich auf einen porösen Graphitfilz, der mit Gold-Nanostrukturen sowie Platinpartikeln versehen ist. Die Konstruktion kommt ohne biologische Zellen oder Enzyme aus und gilt nach Angaben der Forschenden als biokompatibel.

Die Steuerung des Systems erfolgt automatisiert im geschlossenen Regelkreis. Ein handelsüblicher kontinuierlicher Glukosesensor am Oberarm übermittelt die Messdaten via Bluetooth an ein Smartphone oder eine Smartwatch.

Übersteigt der Blutzucker einen definierten Schwellenwert, aktiviert das System die Energieversorgung, die drahtlos und induktiv bei einer Frequenz von 13,56 Megahertz mit einer Leistung von 7,5 Milliwatt arbeitet. Fällt der Blutzucker wieder unter den Zielwert, schaltet sich die Stromzufuhr automatisch ab, da die chemische Umwandlung ausschließlich bei aktiver Stromversorgung abläuft.

Fussenegger hob hervor, dass die elektrische Spannung sehr niedrig sei und keine Schäden am Gewebe durch thermische oder elektrische Effekte entstünden. Die wesentliche Neuerung liege in der elektronischen Steuerung.

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Ergebnisse aus Labor und Tierversuchen

In In-vitro-Versuchen hielt das System die Glukosekonzentration bei etwa 5 Millimol pro Liter (rund 90 Milligramm pro Deziliter). Bei einer Elektrodenfläche von 5 mal 5 Zentimetern sank der Glukosewert innerhalb von circa 3 Stunden auf etwa 5 Millimol pro Liter.

Erfolgreich getestet wurde das Verfahren zudem in einem Laborkreislauf mit bis zu 5 Litern Glukoselösung, was in etwa dem Blutvolumen eines erwachsenen Menschen entspricht. Die getesteten Elektrodenflächen lagen zwischen 1 und 25 Quadratzentimetern.

Im Tierversuch an übergewichtigen Mäusen mit Typ-2-Diabetes normalisierte sich der Blutzucker unter Einsatz des Implantats innerhalb einer Stunde. Während unbehandelte Tiere Werte zwischen 28 und 33,3 Millimol pro Liter aufwiesen, erreichten die behandelten Mäuse rasch den Zielbereich; bei weiblichen Mäusen verringerte sich der Blutzucker binnen 120 Minuten von etwa 30 auf 12 Millimol pro Liter.

Über eine sechswöchige Behandlungsphase mit täglicher Stimulation von 60 Minuten bei 0,75 Volt und 10 Milliampere verloren die Tiere in Hauptgruppen von je acht Mäusen bis zu 10 Prozent ihres Körpergewichts. Dabei sanken die Triglyceride, während freie Fettsäuren und Ketonkörper anstiegen.

Unterzuckerungen wurden während der Versuche nicht nachgewiesen. Im Vergleich zu Therapien mit Insulin oder GLP-1 zeigte sich in diesem spezifischen Tierversuch eine stabilere Regulation. Die automatische Regelung mit Aktivierungsintervallen von 5 Minuten wurde über einen Zeitraum von 12 Tagen erprobt, begrenzt durch die Nutzungsdauer des Sensors.

Bei Sicherheitstests blieben die Elektroden nach drei Monaten unter der Haut weiterhin aktiv; bei 0,75 Volt bildeten sich weder Chlor noch intrazelluläre reaktive Sauerstoffspezies, und es traten keine Anreicherungen von Gold oder Platin in Organen wie Leber, Niere, Herz oder Milz auf.

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Hürden vor einem möglichen Einsatz am Menschen

Weltweit sind laut der Studie etwa 790 Millionen Menschen von Typ-2-Diabetes und mehr als eine Milliarde von Adipositas betroffen. Das Forschungsteam der ETH Zürich plant die Weiterentwicklung zu einem Medizinprodukt, konkrete Termine für klinische Studien stehen jedoch noch nicht fest. Bislang liegen keine Daten aus Humanstudien vor.

Als nächste Schritte gelten Untersuchungen an größeren Tiermodellen. Fussenegger sieht eine zentrale Hürde darin, eine ausreichende Umwandlungsleistung beim Menschen bei langfristiger Sicherheit und katalytischer Effizienz nachzuweisen, und stellte klar, dass das Gerät nicht als Ersatz für Bewegung und eine gesunde Ernährung diene.

Externe Wissenschaftler verweisen auf offene Fragen bei der klinischen Umsetzung. Andreas Birkenfeld vom Universitätsklinikum Tübingen merkte an, dass die Übertragbarkeit wegen des deutlich größeren Blutvolumens beim Menschen kritisch zu prüfen sei.

Unklar bleibe, ob eine oder mehrere Einheiten benötigt würden, zudem seien Risiken bezüglich Ketonkörpern, Haltbarkeit, Infektionen und möglicher Steuerungsfehler zu klären. Siegfried Ussar vom Helmholtz Zentrum München ordnete die Technologie so ein, dass sie Insulin zwar nicht ersetzen, körpereigene insulinproduzierende Zellen jedoch entlasten könne.