27 آوریل 2023 - برای بیش از 700 میلیون نفر در سراسر جهان که با دیابت نوع 1 زندگی می کنند، دریافت سلول های ترشح کننده ی انسولین که توسط سیستم ایمنی میزبان قابل تحمل باشند، می تواند زندگی آنها را تغییر دهد.

دکتر امید ویسه، دکترای مهندس زیستی از دانشگاه رایس و همکارانش، فرمولاسیون ‌های جدیدی را برای بیومتریال ها شناسایی کردند که می‌توانند به بازگرداندن ورق درمان دیابت نوع 1 کمک کنند و راه را به روی روشی پایدارتر، طولانی‌ مدت و خود تنظیم‌ کننده برای مقابله با این بیماری باز نمایند.

برای انجام این کار، آنها یک تکنیک غربالگری جدید را توسعه دادند که شامل برچسب گذاری هر فرمولاسیون زیست ماده در یک کتابخانه از صدها فورمولاسیون با یک "بارکد" منحصر به فرد، قبل از کاشت آنها در بدن موجودات زنده است.

بر اساس این مطالعه که در ژورنال Nature Biomedical Engineering، منتشر گردید، استفاده از یکی از فرمولاسیون ‌های آلژینات برای محصور کردن سلول‌های جزایز ترشح ‌کننده انسولین انسانی، کنترل طولانی ‌مدت سطح قند خون را در موش‌های دیابتی ممکن کرد. کاتترهای پمپ انسولین پوشش داده شده با دو ماده ی دیگر با عملکرد بالا، موجب گردید که این کتترها- که معمولا پس از چند روز استفاده باید به دلیل انسداد تعویض شوند- مسدود نشوند.

دکتر ویسه، استادیار رایس در بخش مهندسی زیستی و پیشگیری از سرطان و محقق مؤسسه تحقیقاتی تگزاس، گفت: این تحقیق بر اساس یک نیاز عمده برآورده نشده انجام شد. در بیماران دیابت نوع 1، سیستم ایمنی بدن به سلول های تولید کننده انسولین پانکراس حمله می کند. با از بین رفتن این سلول ها، بیمار توانایی تنظیم قند خون خود را از دست می دهد.

برای دهه‌ها، دانشمندان برای رسیدن به هدفی که دکتر ویسه آن را «جام مقدس» می ‌نامید، تلاش کردند که سلول‌های جزایر را در داخل یک ماتریکس متخلخل ساخته شده از یک ماده محافظ قرار دهند که به سلول‌ها اجازه می‌ دهد به اکسیژن و مواد مغذی دسترسی داشته باشند، بدون اینکه توسط سیستم ایمنی بدن میزبان مورد حمله قرار گیرند.

با این حال، یافتن موادی با زیست سازگاری بهینه، تا حدی به دلیل محدودیت‌های غربالگری، بسیار سخت بود، زیرا پاسخ سیستم ایمنی به یک ماده زیستی کاشته شده ی معین را فقط می توان در یک میزبان زنده ارزیابی کرد.

بورام کیم، فارغ التحصیل از آزمایشگاه دکتر Veiseh و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: مشکل این است که پاسخ ایمنی باید در داخل بدن این موش‌های دیابتی بررسی شود، نه در لوله آزمایش. این بدان معناست که اگر می‌خواهید این صدها مولکول از آلژینات(فرمولاسیون های مختلف) را غربالگری کنید، باید صدها آزمایش حیوانی انجام دهید. ایده ما این بود که صدها ماده زیستی را همزمان در یک میزبان مشابه، غربالگری کنیم.

از سوی دیگر، فرمولاسیون ‌های مختلف یک بیومتریال یکسان به نظر می‌ رسند، اما در غیاب برخی از ویژگی‌های مشخص، شناسایی آن‌هایی که عملکرد بالایی دارند، غیرممکن است. این باعث می شد که آزمایش بیش از یک ماده زیستی در هر میزبان غیرممکن شود.

دکتر ویسه گفت: آنها مواد متفاوتی هستند، اما ظاهرشان یکسان است و هنگامی که آنها در بدن یک میزبان کاشته می شوند و سپس دوباره خارج می شوند، ما نمی توانیم بین این مواد تمایز قائل شویم و نمی توانیم تشخیص دهیم که کدام فرمول از این ماده بهترین کار را انجام می دهد.

برای غلبه بر این محدودیت‌ها، دکتر ویسه و همکارانش راهی برای برچسب‌گذاری هر فرمول از آلژینات با یک "بارکد" منحصر به‌ فرد ابداع کردند که به آنها امکان می‌ داد فرمولاسیون هایی که بهترین عملکرد را داشتند، شناسایی کنند.

کیم گفت: ما هر ماده زیستی اصلاح شده را با سلول‌های اندوتلیال ورید ناف انسانی (HUVEC) از یک اهداکننده ی متفاوت، جفت کردیم.

دکتر ویسه افزود: سلول‌های HUVEC، به دلیل اینکه از اهدا کنندگان منحصر به ‌فردی می‌ آیند، به عنوان بارکد عمل می‌ کنند که به ما امکان می‌ دهد بگوییم که در ابتدا از چه ماده ‌ای استفاده شده است. برنده ها آنهایی هستند که سلول های زنده در آنها باقی بمانند. هنگامی که آنها را پیدا کردیم، ژنوم آن سلول ها را توالی یابی کردیم و متوجه شدیم که کدام ماده با آن جفت شده است. به این ترتیب ما بهترین برنده ها را کشف کردیم.

آزمایش‌هایی برای استفاده از سلول‌های جزایر مشتق شده از سلول‌های بنیادی در بیماران دیابتی در حال انجام است. با این حال، درمان‌های فعلی جزایر مستلزم سرکوب سیستم ایمنی است که آن را به یک روش پرخطر برای درمان دیابت نوع 1 تبدیل می‌کند.

دکتر ویسه خاطر نشان کرد: در حال حاضر برای استفاده از سلول های جزایر کاشته شده در بیماران دیابتی باید کل سیستم ایمنی بدن را سرکوب کرد، درست مثل اینکه می خواهید پیوند عضو انجام دهید. این با عوارض زیادی برای بیمار همراه است.آنها می توانند به سرطان مبتلا شوند، و نمی توانند با عفونت ها مبارزه کنند، بنابراین، برای اکثریت قریب به اتفاق بیماران، بهتر است عملاً انسولین درمانی انجام شود.

قرار دادن سلول هایHUVEC واقعی در داخل کپسول های بیومتریال، احتمال تشخیص حضور یک ماده ی خارجی توسط سیستم ایمنی میزبان را افزایش می دهد. این باعث می شود آزمایش قوی تر از آزمایش ساده برای پاسخ ایمنی به مواد زیستی به تنهایی باشد.

دکتر ویسه گفت: ما می‌خواستیم از میان کتابخانه‌ای از بیومتریال ها، ماده ای را انتخاب کنیم که باعث می‌شود مواد مورد توجه سیستم ایمنی قرار نگیرند. علاقه زیادی از سوی تمام تولیدکنندگان سلول های جزایر وجود دارد که بتوانند از شر سرکوب سیستم ایمنی خلاص شوند و در عوض از این ماتریس های هیدروژل آلژینات، برای محافظت از سلول های کاشته شده استفاده کنند.

رویکرد جدید «بارکدینگ» با کارایی بالا می‌تواند برای غربالگری سایر برنامه‌های پزشکی با استفاده از موجودات زنده ی کمتر استفاده شود.دکتر ویسه گفت: در آزمایشگاه من این مفهوم در تعداد زیادی از پروژه ها، در حال استفاده است. این تنها به پیوند سلول ها محدود نمی شود. این فناوری جدید را می‌توان با بسیاری از مفاهیم مختلف دستگاه ی پزشکی جفت کرد.

به عنوان مثال، برخی از بیماران دیابتی از سیستم‌های پمپ خودکار برای دریافت انسولین خود استفاده می‌کنند. کاتترهای این سیستم‌های پمپ باید هر چند روز یکبار تعویض شوند، زیرا آنها مسدود می‌شوند. ما ما توانستیم نشان دهیم که پوشش دادن این کاتترها با این مواد جدید، از گرفتگی آنها جلوگیری می‌کند.

دکتر خوزه اوبرهولزر، جراح پیوند و استاد مهندس زیستی در دانشگاه ویرجینیا، گفت: با این فناوری جدید بارکدگذاری مبتنی بر سلول، تحقیقات بطور بی‌سابقه‌ای افزایش یافته است که ترجمه به محصولات بالینی قابل استفاده را تسریع می‌کند و آن را مقرون به صرفه‌تر می‌کند.

اوبرهولزر افزود: این یک تغییر پارادایم واقعی است. با این روش، ما اکنون می توانیم صدها بیومواد را به طور همزمان غربال کنیم و مواردی را انتخاب کنیم که بدن انسان آنها را رد نمی کند و به این ترتیب می توانیم از پیوندهای سلولی در برابر حملات سیستم ایمنی محافظت کنیم، بدون نیاز به داروهای سرکوب کننده سیستم ایمنی.

پروفسور دیوید ژانگ، استاد سابق مهندسی زیستی در دانشگاه رایس و مدیر عامل فعلی شرکت NuProbe، خاطرنشان کرد که توالی یابی DNA با توان عملیاتی بالا، بسیاری از زمینه های زیست پزشکی را متحول کرده است.

ژانگ که یکی از محققین تامین کننده ی بودجه ی این مطالعه بود، افزود: من خوشحالم که با دکتر ویسه کار می کنم تا بتوانم مواد زیستی بهبود یافته ای را با استفاده از تخصص تیمم در تعیین توالی DNA ایجاد کنم. این بیومواد بهبود یافته می‌توانند انجام درمانهای سلولی بادوام را ممکن سازند تا به ‌عنوان کارخانه‌های دارویی زنده عمل کنند و می‌ توانند تأثیر مثبتی بر بیماران مبتلا به انواع بیماری‌های مزمن داشته باشند.

منبع:

https://medicalxpress.com/news/2023-04-potential-breakthrough-diabetes-treatment.html