سلولهای بتای مصنوعی هوشمند می‌تواند منجر به ابداع درمان جدیدی برای دیابت شود
30 اکتبر2017- محققان نوعی سلول بتای مصنوعی هوشمند ساخته‌اند که در هنگام افزایش سطح گلوکز خون، می تواند انسولین را بطور اتوماتیک به جریان خون ترشح کند. اینکار در آزمایشگاه انجام شده است اما می‌تواند منجر به ابداع درمان بسیار بیمار پسندتری نسبت به تزریق انسولین شود.
درمان دیابت نوع 1 و برخی از موارد دیابت نوع 2 به تزریقات روزانه و دردناک انسولین یا استفاده از پمپ مکانیکی انسولین نیاز دارد، اما محققان دانشگاه کارولینای شمالی و دانشگاه ایالتی کارولینای شمالی با این روش جدید در آینده تحولی را در درمان دیابت بوجود خواهند آورد.
این سلولهای بتای مصنوعی"artificial beta cells" یا AβCs عملکرد سلولهای بتا در کنترل گلوکز خون را تقلید می‌کنند، سلولهای بتا در پانکراس تغییرات غلظت قندخون را درک کرده و میزان مناسب انسولین را به جریان خون ترشح می کنند. از دست رفتن یا اختلال در عملکرد سلولهای بتا منجر به دیابت نوع 1 می‌شود. ایده‌ی دانشمندان برای استفاده از AβCs، وارد کردن این سلولها در زیر پوست بیماران است که می‌تواند هر چند روز یکبار از طریق یک پچ پوستی بدون درد و یکبار مصرف تعویض شود.
همانطور که محققان در مقاله‌ی خود که در مجله‌یNature Chemical Biology منتشر شده است، توضیح داده‌اند، یک بار تزریق AβCs به موشهای فاقد سلولهای بتا توانست به سرعت مقدار قندخون آنها را به سطح نرمال برساند و آن را تا 5 روز در حالت طبیعی نگه دارد.
مدیر این تحقیقات پرفسور Zhen Gu از دپارتمان مهندسی زیست پزشکی گفت: ما در حال بهینه سازی بیشتر این روش برای آزمایش این سلولهای مصنوعی بر روی حیوانات بزرگتر از طریق یک سیستم تحویل پچ پوستی هستیم، ما امیدواریم نتایج مثبت این آزمایشات، راه را برای آزمایشات انسانی هموار کند.
حداقل 6 میلیون نفر در ایالات متحده تحت درمان با انسولین هستند(تزریق یا پمپ مکانیکی). تاکنون، تهیه‌ی قرص انسولین با چالش‌هایی مواجه بوده است زیرا این مولکول بزرگ توسط آنزیم‌ها و اسیدهای گوارشی قبل از رسیدن به جریان خون، نابود می‌شود. با این حال، مشکل اصلی در درمانهای فعلی انسولین، این نیست که نمی‌توان آنها را از طریق مصرف قرص به بدن تحویل داد بلکه کنترل خودکار قند خون و ترشح طبیعی انسولین همانند پانکراس است. پیوند سلولهای بتا می‌تواند این مشکل را در برخی موارد حل کند. با این حل، چنین پیوندهای سلولی گران قیمت بوده و نیاز به تعداد زیادی سلول از طرف اهداکنندگان دارد که اغلب با محدودیت و کمبود روبرو می‌باشد و از سوی دیگر نیاز به مصرف داروهای سرکوبگر سیستم ایمنی دارد که اغلب با خطراتی مواجه است و اغلب به علت تخریب سلولهای پیوند شده ، پروژه با شکست مواجه می‌شود.
دکتر Gu و همکارانش، در طول دهه‌ی گذشته بر روی مشکل تحویل انسولین تحقیق کرده اند. برای این پروژه آنها یک رویکرد خاص و جاه طلبانه را مدنظر قرار دادند: ساخت سلولهای بتای مصنوعی که تا حد زیادی عملکرد طبیعی سلولهای بتا در پانکراس را تقلید کنند.
سلولهای AβCsساخت دکتر Guو گروهش، از یک نسخه‌ی ساده شده از غشاء دولایه‌ی لیپیدی سلول طبیعی ساخته شده‌اند، نوآوری کلیدی در ساخت این سلولها اینست که این سلولها حاوی وزیکویهای با طراحی خاص و پرشده از انسولین هستند که افزایش میزان قند خون سبب ایجاد تغییری در پوشش آنها می‌شود که موجب فیوژن یا تلفیق غشاء وزیکول با غشاء سلولهای AβCs می گردد و بدین ترتیب انسولین درون وزیکول به خارج از سلول آزاد شود.
پرفسور Zhaowei Chen نویسنده‌ی ارشد این مقاله و محقق پست دکترا در آزمایشگاه دکتر Guگفت: این اولین بار است که از فرایند تلفیق یک وزیکول (vesicle fusion ) برای تحویل انسولین استفاده شده است، این وزیکولها درست شبیه به وزیکولهایی هستند که در سلولهای بتا تولید می‌شوند و حامل انسولین می‌باشند و قادرند عملکرد سلولهای بتا را در تشخیص غلظت گلوکز و پاسخ به آن با ترشح مقدار انسولین لازم تقلید کنند.
سلولهای AβCs واکنش سریعی به افزایش غلظت گلوکز در ظروف آزمایشگاه و در موشهای دیابتی فاقد سلولهای بتا، نشان دادند. موشها درعرض یک ساعت از هایپرگلایسمی به قندخون طبیعی یا نورموگلایسمی رسیدند و مقدار قند خون آنها تا 5 روز در محدوده‌ی نرمال باقی ماند. در حالیکه گروه کنترل که به آنها سلولهای AβCs فاقد وزیکولهای انسولین تزریق شده بود، همچنان دارای قند خون بالایی بودند.
دکتر Gu و همکارانش درحال برنامه‌ریزی برای مطالعات بیشتر پیش بالینی هستند، آنها امیدوارند که این سلولها را به روشی بدون درد مانند پچ پوستی قابل تعویض دراختیار بیماران قرار دهند.
پرفسور John Buse استاد برجسته‌ی دانشگاه UNC و رئیس بخش غدد درون ریز و مرکز مراقبت دیابت UNC گفت: هنوز کارهای زیادی برای بهینه سازی روش سلولهای مصنوعی قبل از مطالعات انسانی باقیمانده است، اما این نتایج یک گام بسیار مهم و خلاقانه برای ابداع راه حل جدیدی برای حل مشکل دیابت با استفاه از مهندسی شیمی در مقایسه با پمپ‌های مکانیکی یا پیوند سلولهای زنده است. دکتر Gu و تیمش همچنین درحال کار بر روی پچ پوستی بدون سلول و یک پچ انسولین هوشمند هستند که می‌تواند مقدار گلوکز موجود در خون را سنجیده و انسولین را به مقدار مورد نیاز به جریان خون ترشح کند.
منبع و سایت خبر:
Nature Chemical Biology, 2017; DOI: 10.1038/nchembio.2511
www.sciencedaily.com/releases/2017/10/171030131454.htm
نها ی