19سپتامبر 2023 - یک رویکرد امیدوارکننده برای درمان دیابت نوع 1، کاشت سلول‌های جزایر پانکراس است که می‌توانند در صورت نیاز انسولین تولید کنند، بدین ترتیب می‌تواند بیماران را از تزریق مکرر انسولین بی نیاز کند. با این حال، یکی از موانع اصلی این رویکرد این است که پس از کاشت، سلول ها در نهایت به دلیل کمبود اکسیژن از بین می روند و تولید انسولین متوقف می شود.

برای غلبه بر این مانع، مهندسان انستیتوی تکنولوژی ماساچوست(MIT)، یک دستگاه قابل کاشت جدید را طراحی کرده‌اند که نه تنها صدها هزار سلول جزیره‌ای تولیدکننده انسولین را حمل می‌کند، بلکه کارخانه ی تولید اکسیژن خود را نیز دارد که با تجزیه ی بخار آب موجود در بدن، اکسیژن تولید می‌کند.

محققان نشان دادند که وقتی این دستگاه در بدن موش های دیابتی کاشته می شود، می تواند سطح گلوکز خون موش ها را حداقل برای یک ماه ثابت نگه دارد. محققان اکنون امیدوارند که نسخه بزرگتری از این دستگاه را که به اندازه یک آدامس است، طراحی کنند تا در نهایت در افراد مبتلا به دیابت نوع 1 آزمایش شود.

نویسنده ارشد این مطالعه، پرفسور دانیل اندرسون، استاد دپارتمان مهندسی شیمی MIT، عضو مؤسسه تحقیقات سرطان یکپارچه MIT و موسسه مهندسی پزشکی و علوم پزشکی(IMES) ، گفت: شما می توانید این دستگاه را به عنوان یک دستگاه پزشکی زنده در نظر بگیرید که از سلول های انسانی که انسولین ترشح می کنند، همراه با یک سیستم پشتیبانی حیات الکترونیکی ساخته شده است. ما از پیشرفتی که تاکنون داشته ایم، هیجان زده هستیم و واقعاً خوشبین هستیم که این فناوری بتواند در نهایت به بیماران دیابتی کمک کند و پایانی بر تزریق انسولین باشد.

در حالی که تمرکز اصلی محققان بر درمان دیابت است، آنها می گویند که این نوع دستگاه را می توان برای درمان سایر بیماری هایی که نیاز به تحویل مکرر پروتئین های درمانی دارند، نیز سازگار نمود.

دکتر Siddharth Krishnan ، دانشمند تحقیقاتی MIT، نویسنده اصلی این مقاله است که امروز در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است. این تیم تحقیقاتی همچنین شامل چندین محقق برجسته ی دیگر از MIT، از جمله دکتر Robert Langer، استاد موسسه دیوید اچ. کخ در MIT و یکی از اعضای موسسه کخ و همچنین محققانی از بیمارستان کودکان بوستون است.

جایگزینی تزریقات

اکثر بیماران مبتلا به دیابت نوع 1 باید سطح قندخون خود را به دقت کنترل کنند و حداقل یک بار در روز به خود انسولین تزریق کنند. با این حال، این فرآیند درست مطابق با توانایی طبیعی بدن برای کنترل سطح قند خون، نیست.

پرفسور اندرسون می‌گوید: اکثریت قریب به اتفاق دیابتی‌هایی که وابسته به انسولین هستند، انسولین را به خود تزریق می‌کنند اما علیرغم تمام تلاش هایشان، سطح قند خون سالمی ندارند. اگر به سطح قند خون آنها نگاه کنید، حتی برای افرادی که بسیار مراقب هستند، آنها نمی توانند همان کاری را بکنند که یک پانکراس زنده می تواند انجام دهد.

جایگزین بهتر، پیوند سلول هایی است که هر زمان که افزایش سطح گلوکز خون بیمار را تشخیص دهند، انسولین تولید می کنند. برخی از بیماران دیابتی سلول‌های جزایر پیوندی را از جسد انسان دریافت کرده‌اند که می‌توانند به کنترل طولانی‌مدت دیابت دست یابند. با این حال، این بیماران برای جلوگیری از دفع سلول های کاشته شده توسط بدن خود، مجبور به مصرف داروهای سرکوب کننده سیستم ایمنی هستند.

اخیراً، محققان موفقیت مشابهی را در مورد سلول‌های جزایر مشتق شده از سلول‌های بنیادی نشان داده‌اند، اما بیمارانی که این سلول‌ها را دریافت می‌کنند نیز نیاز به مصرف داروهای سرکوب‌کننده ایمنی دارند.

امکان دیگری که می تواند از نیاز به داروهای سرکوب کننده سیستم ایمنی جلوگیری کند، محصور کردن سلول های پیوندی در داخل یک دستگاه انعطاف پذیر است که از سلول ها در برابر سیستم ایمنی محافظت می کند. با این حال، یافتن یک منبع اکسیژن قابل اعتماد برای این سلول‌های کپسوله شده، چالش برانگیز بود.

برخی از دستگاه‌های آزمایشی، از جمله دستگاهی که در آزمایش‌های بالینی آزمایش شده است، دارای یک محفظه اکسیژن بودند که می‌توانست اکسیژن سلول‌ها را تامین کند، اما این محفظه نیاز به بارگیری مجدد دوره‌ای داشت. سایر محققان، ایمپلنت‌هایی ساخته‌اند که شامل معرف‌ شیمیایی هستند که می‌تواند اکسیژن تولید کند، اما آنها نیز در نهایت تمام می‌شوند.

تیمMIT ، رویکرد متفاوتی را در پیش گرفت که به طور بالقوه می‌توانست با شکستن آب، اکسیژن را به طور نامحدود تولید کند. این کار با قرار دادن یک غشای مبادله ی پروتون در داخل دستگاه - یک فناوری که در ابتدا برای تولید هیدروژن در سلول های سوختی به کار گرفته شد- انجام شد. این غشاء می‌تواند بخار آب (که به وفور در بدن یافت می‌شود) را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه کند. هیدروژن به‌طور بی‌ضرر در محیط اطراف پخش می‌شود اما اکسیژن به داخل یک محفظه ذخیره‌سازی می‌رود که دارای یک غشای نازک و قابل نفوذ به اکسیژن است که اکسیژن را به سلول‌های جزایر تحویل می دهد.

مزیت قابل توجه این روش این است که نیازی به سیم یا باتری ندارد. تقسیم بخار آب به هیدروژن و اکسیژن، ولتاژ کمی (حدود 2 ولت) نیاز دارد که با استفاده از پدیده ای به نام کوپلینگ یا تزویج القایی تشدیدی یا resonant inductive coupling، ایجاد می شود. یک سیم پیچ مغناطیسی تنظیم شده که در خارج از بدن قرار دارد، انرژی را به یک آنتن کوچک و انعطاف پذیر درون دستگاه منتقل می کند و امکان انتقال انرژی بی سیم را فراهم می کند. این به یک سیم پیچ خارجی نیاز دارد، که محققان پیش بینی می کنند که می تواند به عنوان یک چسب روی پوست بیمار استفاده شود.

تحویل دارو به اندازه ی مورد نیاز

محققان پس از ساخت دستگاه خود که به اندازه یک سکه ی کوارتر(یک چهارم دلار) است، آن را روی موش های دیابتی آزمایش کردند. یک گروه از موش‌ها دستگاهی را با غشای مولد اکسیژن و شکافتن آب دریافت کردند، در حالی که گروه دیگر دستگاهی را دریافت کردند که حاوی سلول‌های جزایر بدون اکسیژن مکمل بود. این دستگاه ها دقیقاً در زیر پوست، در موش هایی با سیستم ایمنی کاملاً عملکردی کاشته شدند.

محققان دریافتند که موش های دارای دستگاه تولید کننده اکسیژن قادر به حفظ سطح طبیعی گلوکز خون، در اندازه ای قابل مقایسه با حیوانات سالم هستند. با این حال، موش هایی که دستگاه بدون اکسیژن دریافت کردند، در عرض حدود دو هفته دچار هایپرگلایسمی (قند خون بالا) شدند.

به طور معمول هنگامی که هر نوع وسیله پزشکی در بدن کاشته می شود، حمله سیستم ایمنی منجر به تجمع بافت اسکار به نام فیبروز می شود که می تواند کارایی دستگاه ها را کاهش دهد. این نوع بافت اسکار در اطراف ایمپلنت‌های مورد استفاده در این مطالعه نیز شکل گرفت، اما موفقیت دستگاه در کنترل سطح گلوکز خون نشان می‌دهد که انسولین همچنان می‌توانست از دستگاه پخش شود و گلوکز به آن وارد شود.

این رویکرد همچنین می‌تواند برای تحویل سلول‌هایی که انواع دیگری از پروتئین‌های درمانی را تولید می‌کنند که باید در دوره‌های زمانی طولانی به بدن فرد تحویل داده شوند، استفاده شود. در این مطالعه، محققان نشان دادند که این دستگاه همچنین می‌تواند سلول‌هایی که اریتروپویتین تولید می کنند- پروتئینی که تولید گلبول‌های قرمز را تحریک می‌کند- را زنده نگه دارد.

پرفسور اندرسون می‌گوید: ما خوش‌بین هستیم که می‌توان دستگاه‌های پزشکی زنده‌ای ساخت که بتوانند در بدن ساکن شوند و در صورت نیاز دارو تولید کنند. بیماری‌های مختلفی وجود دارد که در آن بیماران به دریافت پروتئین‌ها به صورت برون‌زا نیاز دارند، و گاهی اوقات به صورت مکرر. اگر بتوانیم نیاز به تزریق هر هفته را با یک ایمپلنت که می‌تواند برای مدت طولانی عمل کند، جایگزین کنیم، فکر می‌کنم این واقعا می‌تواند به بیماران زیادی کمک کند.

اکنون محققان قصد دارند این دستگاه را برای آزمایش بر روی حیوانات بزرگتر و در نهایت انسان ها تطبیق دهند. برای استفاده از آن برای انسان، آنها امیدوارند این دستگاه قابل کاشت، را به اندازه ی یک آدامس کوچک، بسازند. آنها همچنین قصد دارند آزمایش کنند که آیا این دستگاه می تواند برای مدت طولانی تری در بدن باقی بماند یا خیر.

دکتر کریشنان می‌گوید: موادی که ما استفاده کرده‌ایم ذاتاً پایدار و دارای عمری طولانی هستند، بنابراین فکر می‌کنم عملکرد طولانی‌مدت دستگاه در محدوده احتمالی است، و این چیزی است که ما روی آن کار می‌کنیم.

دکتر Langer، گفت: ما در مورد این یافته‌ها بسیار هیجان‌زده هستیم، و معتقدیم که می‌تواند روزی راهی کاملاً جدید برای درمان دیابت و احتمالاً بیماری‌های دیگر ارائه کند.

منبع:

https://www.miragenews.com/implantable-device-promises-injection-free-1086702/