استفاده از محرک الکتریکی برای تنظیم ژن ها و تولید و ترشح انسولین

28 مه 2020- داستان اینست که یک دستگاه حاوی سلولهای تولید کننده ی انسولین و یک واحد الکترونیکی کنترل کننده در بدن یک بیمار مبتلا به دیابت کاشته می شود تا بیمار از تزریق انسولین بی نیاز شود. به محض اینکه بیمار چیزی بخورد و قند خون او افزایش یابد، می تواند از یک برنامه در تلفن هوشمند خود برای ارسال یک سیگنال الکتریکی استفاده کند، یا می تواند از قبل پیش فرضی را برای برنامه تعریف کند تا با ورود غذا بصورت خودکار سیگنال الکتریکی مورد نیاز ارسال شود. مدتی بعد سلولهای موجود در دستگاه، مقدار انسولین لازم را  تولید و برای تنظیم سطح قند خون بیمار، آن ترشح می کنند.

این توصیف ممکن است مانند داستانهای علمی تخیلی به نظر برسد اما بزودی می تواند به واقعیت تبدیل شود. تیمی از محققان به سرپرستی پرفسور Martin Fussenegger، استادبیوتکنولوژی و مهندسی زیستی در گروه علوم و مهندسی بیوسیستمها در بازل سوئیس، نمونه اولیه ای از این دستگاه قابل کاشت در بدن را در شماره ی جدید ژورنالScience معرفی نمودند. مطالعه آنها اولین مطالعه ای است که به بررسی چگونگی فعال سازی و تنظیم مستقیم بیان ژن با استفاده از سیگنالهای الکتریکی پرداخته است. محققان هنگام آزمایش رویکردشان بر روی موش ها ثابت کردند که این روش کاملاً مؤثر است.

دانشمندان مستقر در بازل تجربه زیادی در زمینه ی توسعه شبکه های ژنتیکی و ایمپلنتهایی دارند که به حالت های فیزیولوژیکی خاصی از بدن مانند سطح چربی خون خیلی زیاد و یا قند خون خیلی کم، پاسخ می دهند. تاکنون چنین شبکه هایی به محرک های بیوشیمیایی پاسخ داده اند، اما اکنون می توان آنها را با محرکهای خارجی دیگری مانند نور کنترل کرد. پرفسور فوسنگر می گوید: ما از مدتها قبل قصد داشتیم که بیان ژنها را مستقیماً با استفاده از برق کنترل کنیم؛ و هم اکنون موفق شده ایم.

برد مدار و ظرف سلولی کلیدهای اصلی هستند

ایمپلنت ابداع شده توسط این گروه از محققان از چندین قسمت ساخته شده است: این ایمپلنت دارای، یک برد مدار چاپی (PCB) است که در آن گیرنده و کنترلر الکترونیکی قرار دارد. از طرف دیگر دارای یک کپسول حاوی سلولهای انسانی است. اتصال PCB به محفظه ی سلول از طریق یک کابل بسیار ریز صورت می گیرد.

یک سیگنال رادیویی از خارج بدن، بخش الکترونیکی را در ایمپلنت فعال می کند که سپس سیگنال های الکتریکی را مستقیماً به سلول ها منتقل می کند. سیگنال های الکتریکی یک ترکیب ویژه ای از کانال های کلسیم و پتاسیم را تحریک می کنند. به نوبه خود، این تحریکات یک آبشار سیگنالینگ را در سلول راه می اندازند که باعث کنترل بیان ژن انسولین می شود. پس از آن، ماشین آلات سلولی، انسولین را به وزیکول هایی منتقل می کنند و سیگنال های الکتریکی باعث ادغام این زیکولها به غشای سلولی شده و انسولین را طی چند دقیقه آزاد می کنند.

به زودی شاهد استفاده از اینترنت بدن خواهیم بود

پرفسور فوسنگر با اشاره به مزایای این آخرین پیشرفت، توضیح داد: ایمپلنت ما می تواند به دنیای سایبری متصل شود. پزشکان یا بیماران می توانند از یک برنامه برای مداخله ی مستقیم و تحریک تولید انسولین استفاده کنند، کاری که می توانند به محض انتقال اطلاعات فیزیولوژیکی لازم، از راه دور از طریق اینترنت نیز انجام دهند. فوسنگر می گوید: دستگاههایی از این نوع ، مردم را قادر می سازند تا کاملاً با دنیای دیجیتال ادغام شوند و به بخشی از اینترنت اشیا یا حتی اینترنت بدن تبدیل شوند.

وی در مورد خطرات احتمالی حملات هکرها، گفت: تاکنون برای افراد از ضربان سازهای قلبی استفاده شده است که از نظر تئوری مستعد حمله سایبری هستند، اما این دستگاه ها از محافظت کافی برخوردارند. این چیزی است که ما باید در ایمپلنت های خود نیز وارد کنیم.

با این وجود، بزرگترین چالشی که او در این میان می بیند، جنبه ی ژنتیکی آن است. برای اطمینان از اینکه هیچ آسیبی به سلول ها و ژن ها وارد نشود، او و گروهش باید تحقیقات بیشتری را در مورد حداکثر جریان مورد استفاده انجام دهند. محققان همچنین باید ارتباط بین بخش الکترونیکی و سلول را بهینه سازی کنند.

یک مانع نهایی که باید بر آن فائق آیند، پیدا کردن روشی جدید، آسانتر و راحت تر برای جایگزینی سلولهای مورد استفاده در ایمپلنت است، زیرا این سلولها باید تقریباً هر سه هفته یکبار جایگزین شوند. پرفسور فوسنگر و تیمش برای آزمایش های خود، دو ورودی را به منظور پرکردن و جایگزینی سلول ها به نمونه اولیه خود متصل کرده اند. البته آنها می خواهند راه حلی عملی تر پیدا کنند.

با همه ی این ها، قبل از استفاده از ایمپلنت آنها در انسان، این سیستم باید یک مجموعه ی کامل از آزمایشات بالینی را پشت سر بگذارد.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2020-05-electrical-stimulus-genes.html