ساخت یک بیوپانکراس مصنوعی بهتر

6سپتامبر 2021- بیش از 40 میلیون نفر در سراسر جهان به دیابت شیرین نوع 1 (T1D) مبتلا هستند، این بیماری یک بیماری خود ایمنی است که در آن سلول های بتا(تولید کننده انسولین) در لوزالمعده توسط سیستم ایمنی از بین می روند. امروزه چندین روش درمانی جدید و در حال ظهور برای دیابت نوع 1 وجود دارد که از جمله ی آنها می توان به ابزارهای ماکرواینکپسولیشن (MED) اشاره کرد. این ابزارها دارای محفظه هایی برای نگهداری و محافظت از سلولهای ترشح کننده ی انسولین هستند.MED ها مانند زره ای که از شوالیه محافظت می کند، از سلولهای بتای جدید که داخل آنها قرار داده شده است در برابر حمله ی سیستم ایمنی میزبان، محافظت می نمایند، در حالی که به مواد مغذی و مواد زائد اجازه ی ورود و خروج می دهند، بدین ترتیب به حفظ حیات سلول ها و افزایش بقای آنها کمک می کنند. اماMED ها دارای محدودیت های متعددی هستند و افزایش چنین دستگاه هایی برای استفاده در انسان چالش برانگیز است.

تیمی از محققان بیمارستان بریگهام و زنان با همکاری محققان دانشگاه هاروارد و دانشکده پزشکی دانشگاه ماساچوست، یک MED تقویت شده با جریان همرفتی (ceMED) طراحی کرده اند که می تواند به طور مداوم مواد مغذی مورد نیاز سلول ها را در اختیار آنها قرار دهد و ظرفیت بارگیری سلول ها را بهبود بخشد، در حالیکه به افزایش بقا و حساسیت سلولها به گلوکز و ترشح به موقع انسولین توسط سلول ها کمک می کند. در مدلهای پیش بالینی، ceMED به سرعت به مقدار قند خون در عرض دو روز پس از کاشت پاسخ داده است. نتایج این تحقیق درThe Proceedings of the National Academy of Science  منتشر شده است.

پرفسور Jeff Karp، نویسنده ی راهبر و محقق اصلی این مطالعه و متخصص برجسته ی بیهوشی بالینی، پزشکی قبل از عمل و درد، گفت: به لطف پیشرفت های اخیر، ما به داشتن منبع نامحدودی از سلولهای شبه بتا نزدیک تر شده ایم، این سلولها می توانند با واکنش به مقدار گلوکز موجود در محیط اطرافشان، انسولین مورد نیاز را ترشح کنند، اما چالش بعدی یافتن روشی برای وارد کردن این سلول ها به بدن با حداقل تهاجم است. ابزار اینکپسولیشن ما، طول عمر سلولها را افزایش داده و تاخیر در پاسخ به گلوکز را پس از پیوند به حداقل رسانید. این یک اثبات پیش بالینی قوی برای استفاده از این سیستم است. ابزارهایMED  فعلی، وابسته به انتشار هستند، به عبارت دیگر مواد مغذی که در مجاورت غشای خارجی دستگاه قرار دارند وارد محفظه ی سلولها می شوند بنابراین فقط تعدادی از سلولها ممکن است مواد مغذی و اکسیژن دریافت کرده و به نوبه خود انسولین ترشح کنند.ceMED ، به نحوی طراحی شده است که مواد مغذی را از طریق جریان مستمر سیال به سلولهای محصور شده، می رساند بدین ترتیب به لایه های متعددی از سلولها امکان رشد و زنده ماندن می دهد. نمونه اولیه این دستگاه، دارای دو اتاقک- یک اتاقک تعادل (EqC) که مواد مغذی را از محیط اطراف جمع آوری می کند و یک محفظه سلولی(CC)  که سلول های محافظت شده را در خود جای می دهد.EQC ، توسط یک غشا از جنس پلی تترا فلورو اتیلن محصور شده است؛ یک غشای نیمه تراوا با منافذی که اجازه ورود مایعات را می دهد. یک غشای داخلی اضافی که CC را احاطه کرده است، به صورت انتخابی امکان انتقال مواد مغذی را فراهم می کند و از سلولها در برابر پاسخ های ایمنی محافظت می کند. مایعات پرفیوژن شده از طریق یک فیبر توخالی متخلخل مواد مغذی را در غلظت مشابهی که این مواد در بافت اطراف ایمپلنت دارند به محفظه یCC  می رساند. فیبر توخالی اجازه می دهد انسولین و گلوکز آزادانه عبور کنند، اما اجازه نمی دهد که مولکول های ایمنی کلیدی به سلول های محصور شده حمله کنند.

دکتر Doug Melton، نویسنده ی این مقاله از گروه سلول های بنیادی و زیست شناسی ترمیمی در موسسه سلول های بنیادی هاروارد، گفت: استفاده از جزایر مشتق از سلول های بنیادی برای درمان خود ایمنی، یا دیابت نوع 1 به نقطه ای رسیده است که راهی برای محافظت از سلول ها در برابر رد ایمنی و به حداکثر رساندن بقا و عملکرد سلولها پس از پیوند پیدا کرده است. "ماکرواینکپسولیشن تقویت شده با جریان همرفتی ممکن است روشی مناسب برای دستیابی به همه این اهداف باشد."

این دستگاه مزایای زیادی نسبت به پمپ های معمولی انسولین دارد و به سلول ها اجازه می دهد در صورت نیاز انسولین ترشح کنند و پس از کاهش سطح گلوکز خون، ترشح انسولین را به سرعت متوقف کنند. در مدل های جوندگان دیابت نوع 1، ceMED بقای سلول ها و ترشح انسولین را افزایش داده و سطح قند خون را دو روز بعد از پیوند، کاهش می دهد.

دکتر کیسوک یانگ، نویسنده ارشد این مقاله و دانشجوی فوق دکتری سابق آزمایشگاه پرفسور کارپ که در حال حاضر در بخش مهندسی زیستی دانشگاه ملی اینچئون در کره جنوبی، گفت: "دستگاه ceMED این پتانسیل را دارد که یک سیستم مستقل باشد و نیازی به پر کردن مداوم و تعویض کارتریج انسولین ندارد.

پرفسورEoin O'Cearbhaill ، یکی از نویسندگان همکار که در توسعه این مفهوم در حین کار به عنوان دانشجوی فوق دکتری در آزمایشگاه کارپ، نقش داشت( اکنون در دانشگاه کالج دوبلین مشغول است)، گفت: این دستگاه به دلیل قابلیت پاسخگویی اش به غلظت گلوکز و رویکرد جدید افزایش جریان، می تواند به ویژه برای بیماران دیابتی که قند خون آنها نوسانات غیرقابل پیش بینی دارد، مفید باشد. این تیم به مسیری در آینده اشاره می کند که برای رساندن دستگاه به کلینیک باید دنبال شود، از جمله افزایش ظرفیت بارگیری سلول و بهینه سازی سیستم جریان پرفیوژن برای استفاده در انسان.

پرفسور کارپ می گوید: به طور کلی، این نتایج مزایای قابل توجه دستگاه ceMED را نسبت به دستگاه های مبتنی بر انتشار، از جمله بهبود بقاء سلول، کاهش کپسوله سازی فیبری که می تواند از نظر عملکردی دستگاه را در طول زمان به خطر اندازد، و سرعت روشن و خاموش شدن سریع ترشح انسولین را برجسته می کند. این رویکرد می تواند موفقیت درمان های جایگزینی سلولهای بتا را برای کمک به بسیاری از بیماران مبتلا به دیابت نوع 1 و خانواده های آنها در مدیریت این بیماری چالش برانگیز افزایش دهد.

منبع:

https://www.news-medical.net/news/20210906/New-convection-enhanced-MEDs-could-offer-faster-more-effective-treatment-for-T1D-patients.aspx