روش جدید ردیابی اکسیژن می تواند درمان دیابت را بهبود بخشد

26فوریه 2019 - پیوند سلول های جزایر پانکراس جایگزینی امیدوار کننده برای تزریق روزانه ی انسولین است که بسیاری از بیماران مبتلا به دیابت در حال حاضر به آن نیاز دارند. این سلول ها می توانند به عنوان یک لوزالمعده زیستی مصنوعی عمل کرده، سطح قندخون را اندازه گیری نمایند و در صورت نیاز انسولین را ترشح کنند.

برای موفقیت این نوع پیوند، دانشمندان باید مطمئن شوند که سلولهای پیوند شده به اندازه کافی اکسیژن برای تولید انسولین و برای زنده ماندن دریافت می کنند. مهندسان MIT در حال حاضر از شیوه ی جدیدی برای اندازه گیری سطح اکسیژن این سلول ها در طول دوره های طولانی در حیوانات زنده استفاده کردند که به آنها کمک می کند که پیش بینی کنند که کدام اندازه از ایمپلنتهای حاوی سلولهای جزایر موثرتر عمل می کنند.

پرفسور Daniel Anderson، استاد دانشکده مهندسی شیمی در  MITو یکی از نویسندگان این مطالعه می گوید: هدف ما ساخت کارخانه های سلولی زنده ای است که می توانند انسولین را بر اساس تقاضا، به بیماران عرضه کنند. توانایی ردیابی میزان دسترسی به اکسیژن و ردیابی محل قرار داشتن سلول های پیوند شده، به ما کمک می کند تا درمانهای بهتری را به بیماران ارائه دهیم.

در طی چندین سال گذشته، پرفسورAnderson و دکتر Langer از موسسه ی تحقیقات جامع سرطان Koch در MIT و همکارانشان، سلول های جزایر قابل پیوند را در داخل ذراتی از جنس آلژینات- یک مولکول نشاسته ای که به طور طبیعی در جلبک ها یافت می شود- محصور کردند(اینکپسولیشن). در تحقیق قبلی، محققان دریافتند که عملکرد ذرات بزرگتر(قطر 1.5 میلیمتر)، طولانی تر از ذرات کوچکتر (با قطر 0.5 میلی متر)، است بخشی از آن، به این دلیل است که ذرات کوچکتر توسط بافت اسکار احاطه می شوند، بهمین دلیل دسترسی آنها به اکسیژن قطع می شود.

 در مقاله ای که در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم در 25 فوریه منتشر شد، محققان نشان دادند که می توانند از یک نوع خاص از تصویربرداری رزونانس مغناطیسی(MRI ) برای ردیابی تغییرات میزان اکسیژن سلول هایپیوند شده در حفره ی صفاقی[1] (IP) موش ها استفاده کنند.  قسمت های مختلف IP حاوی سطوح مختلف اکسیژن است، و مطالعات قبلی نشان داده است که ذرات کوچکتر درون تکه هایی از چربی جمع می شوند که دارای اکسیژن کمتری هستند و همین موضوع در نهایت سبب مرگ آنها می شود.

برای اندازه گیری سطح اکسیژن در بافت زنده معمولا از میکروسنسورهای نوری استفاده می شود، که بسیار شکننده و تهاجمی هستند، بنابراین تیم MIT تصمیم گرفت، روش MRI فلورین(fluorine MRI)، را امتحان کند - تکنیکی که قبلا توسط سایر محققان برای ردیابی سلول های زنده توسعه یافته بود. در حالی که MRI سنتی تعاملات بین میدان مغناطیسی و هسته های هیدروژن را اندازه گیری می کند، MRI فلورین می تواند تعاملات مشابهی میان میدان مغناطیسی و هسته ی فلوئور را اندازه گیری کند، و همچنین این که چگونه این تعاملات تحت تاثیر حضور اکسیژن قرار می گیرند.

برای انجام این مطالعه، محققان یک ماده حاوی فلورین بنام امولسیون پرفلوئوروکربن را به آلژینات موجود در کپسولها، اضافه کردند. آنها کپسولهایی با قطرهای 0.5 و 1.5 میلی متر را در هر دو موش دیابتی و غیر دیابتی آزمایش کردند. موشهای غیر دیابتی، ایمپلنت های آلژینات فاقد سلولهای پیوندی را دریافت کردند، در حالی که موش های دیابتی ایمپلنتهای آلژینات حاوی سلول های جزایر پانکراس را دریافت کردند. محققان سپس از MRI ​​فلورین برای اندازه گیری سطح اکسیژن در فضای IPدر طی سه ماه استفاده کرده و در طی این مدت، سطح گلوکز خون موشهای دیابتی را نیز اندازه گیری نمودند. برای کمک به تجزیه و تحلیل داده های حاصله، محققان از یک الگوریتم یادگیری ماشین استفاده کردند تا تمام تصاویر را بررسی و ارتباط بین موقعیت کپسول ها در فضای IP، سطوح اکسیژن و سطوح قند خون موش ها را بیابد. این تجزیه و تحلیل نشان داد که کپسول های کوچکتر به اندازه کافی برای درمان موش های دیابتی در طی 30 روز اول، انسولین تولید می کنند، اما بعدا به دلیل تمایل به تجمع در خوشه های بزرگ در مناطق چربی در اندام های حیوانات، انباشته می شوند. هنگامی که این ذرات در این مناطق محروم از اکسیژن گیر می افتند، سطح قند خون در موش ها افزایش می یابد.

کپسول های بزرگ تر تمایل به گسترش در یک منطقه ی بزرگتر دارند، به طوری که برخی از آنها در مناطق کم اکسیژن و سایر آنها در مناطقی با اکسیژن بالا قرار می گیرند. به طور کلی، این سلول ها به اندازه کافی انسولین ترشح می کنند بطوریکه سطح گلوکز خون موش های دیابتی را به مدت چند ماه پایدار نگه می دارند.

به سمت پانکراس زیستی مصنوعی

شرکت Sigilon Therapeutics، که توسط دکتر لانگر، اندرسون و سایر محققین به منظور توسعه ی بیشتر لوزالمعده های زیستی مصنوعی(bioartificial pancreas) بنیان گذاری شده است، آزمایش سلول های جزایر قابل ایمپلنت را بر روی بیماران در اوایل سال آینده آغاز خواهد کرد. محققان می گویند که این روش جدید اندازه گیری اکسیژن می تواند به طور بالقوه برای حیوانات بزرگتر از جمله انسان مورد استفاده قرار گیرد، که می تواند به توسعه ی نسخه های آتی جزایر انکپسوله کمک کند.

دکتر Spanoudaki می گوید: براساس اندازه گیری ها در حیوانات بزرگتر، ما می خواهیم بدانیم که آیا می توان از روش های دیگری برای طراحی لوزالمعده ی زیستی مصنوعی استفاده کرد، به نحوی که تجمع کپسول ها که به طور بالقوه باعث کاهش اکسیژن می شود، اتفاق نیافتد. ما امیدواریم که از این روش به عنوان یک راهنما برای طراحی های بهتر برای لوزالمعده های زیستی مصنوعی استفاده کنیم.

محققان همچنین امیدوارند از تکنولوژی MRI فلورین برای بررسی تاثیرات غلظت اکسیژن بر سایر فرآیندهای سلولی مانند متاستاز و فعال سازی سلول های ایمنی استفاده کنند.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2019-02-oxygen-tracking-method-diabetes-treatment.html