Deri altında bulunan ve vücuttaki kan şekerini elektrik enerjisine çevirebilen yakıt hücresi kulağa bilim kurgu gibi gelse de bu hücre sisteminin ilk örneği tasarlandı. Bu elektrik enerjisinin gelecekte sadece insülin üretmek için değil, vücut içinde pil sistemi ile çalışan kalp pili gibi diğer cihazlarda da kullanılabileceği öngörülüyor.

Tip 1 diyabet hastalarında vücut insülin üretemez. Bu da hastaların kan şekeri seviyelerini düzenleyen bu hormonu dışarıdan almaları gerektiği anlamına gelir. Günümüzde bu, çoğunlukla doğrudan vücuda bağlanan insülin pompaları ya da enjektörler aracılığıyla yapılıyor. Bu cihazların yanı sıra kalp pilleri gibi diğer tıbbi uygulamalar da güvenilir bir enerji kaynağına ihtiyaç duyuyor ve bu, şu anda esas olarak tek kullanımlık veya şarj edilebilir pillerden gelen güçle karşılanıyor.

Zürih Biyosistem Bilimi ve Mühendisliği Bölümünden Martin Fussenegger liderliğindeki bir araştırma ekibi, görünüşte fütüristik bir fikri uygulamaya koydular. Elektrik enerjisi üretmek için dokudaki fazla kan şekerini (glikoz) kullanan ve vücuda nakledilebilen bir yakıt hücresi geliştirdiler. Araştırmacılar, yakıt hücresini birkaç yıl önce kendi grupları tarafından geliştirilen yapay beta hücreleriyle birleştirdiler. Bu hücreler, belirlenen düğmeye basıldığında insülin üretti ve pankreastaki doğal rol modelleri gibi kandaki glikoz seviyelerini etkili bir şekilde düşürdü.

Fussenegger, “Özellikle sanayileşmiş Batı ülkelerindeki pek çok insan, günlük yaşamda ihtiyaç duyduklarından daha fazla karbonhidrat tüketiyor. Dolayısıyla obezite, diyabet ve kardiyovasküler hastalıklara davetiye çıkıyor. Bu da bize bu fazla metabolik enerjiyi biyomedikal cihazlara güç sağlamak üzere elektrik üretmek için kullanma fikrini verdi.” diye açıkladı.

Yakıt hücresinin merkezinde, ekibin bu uygulama için özel olarak oluşturduğu bakır bazlı nanoparçacıklardan yapılmış bir anot elektroda yer verildi. Bu elektrot, glikozu glukonik asit ile bir protona bölerek elektrik üretiyor ve bu da bir elektrik devresini harekete geçiriyor.

Yakıt hücresi, dokuma olmayan bir kumaşa sarıldı ve tıbbi kullanım için onaylanmış bir yosun ürünü olan aljinat ile kaplandı. Bu yapı, deri altına yerleştirilebilen küçük bir çay poşetini andırıyor. Aljinat, vücut sıvısını emiyor ve glikozun dokudan yakıt hücresine geçmesini sağlıyor.

Sistem, sürekli güç üretimi ile kontrollü insülin salınımını bir araya getirdi. Yakıt hücresi fazla glikozu algıladığı anda güç üretmeye başlıyor. Bu elektrik enerjisi, daha sonra hücreleri insülin üretmeleri ve hormonu kana salmaları için uyarmak üzere kullanılıyor. Süreç doğrultusunda kan şekeri normal bir seviyeye düşürülüyor. Kan şekeri belirli bir eşik değerin altına düştüğünde ise elektrik ve insülin üretimi duruyor. Yeni sistem, insülin ve kan şekeri seviyelerini otonom olarak düzenliyor, bu da sistemin gelecekte diyabet tedavisinde kullanılabileceği anlamına geliyor.

Yakıt hücresi tarafından sağlanan elektrik enerjisi, sadece tasarımcı hücreleri uyarmak için değil, aynı zamanda nakledilen sistemin akıllı telefon gibi harici cihazlarla iletişim kurmasını sağlamak için de yeterli. Bu, kullanıcıların uygulama aracılığıyla sistemi ayarlamasına olanak tanıyor. Yani bir doktor da sisteme uzaktan erişebilir ve düzenlemeler yapabilir.

Mevcut sistem sadece bir prototip. Araştırmacılar farelerde başarıyla test etmiş olsalar da bunu pazarlanabilir bir ürün hâline getiremiyor çünkü mevcut kaynaklar ciddi oranda kısıtlı.

Fussenegger: “Böyle bir cihazı pazara sunmak bizim mali ve insan kaynaklarımızın çok ötesinde. Bunun için uygun kaynaklara ve bilgi birikimine sahip bir endüstri ortağına ihtiyaç var.”

Derleyen: Nazlıcan Vatansever