«ژل اکسیژن‌ساز»، امیدی برای جلوگیری از قطع عضو در دیابت

به گزارش «ساینس دیلی» (Science Daily)، با افزایش سن جمعیت و شیوع بیشتر دیابت، زخم‌های مزمن بیش از هر زمان دیگری افراد را درگیر کرده‌اند. این جراحات با بهبود کند، به‌ طور قابل توجهی خطر عفونت، آسیب بافتی و قطع عضو را افزایش می‌دهند. پژوهشگران «دانشگاه کالیفرنیا» (UCR) ژل جدیدی ساخته‌اند که می‌تواند به‌طور مداوم اکسیژن تولید و به عمق زخم برساند تا از پیشرفت آن به قطع عضو جلوگیری کند.

زخمی که بیش از یک ماه باز بماند، به ‌عنوان مزمن طبقه‌بندی می‌شود. در سراسر جهان، سالانه حدود ۱۲ میلیون نفر دچار زخم مزمن می‌شوند که از این میان تقریبا ۴.۵ میلیون نفر در ایالات متحده هستند. حدود یک‌پنجم این بیماران در نهایت با قطع عضو مواجه خواهند شد.

محرومیت از اکسیژن و تأخیر در بهبود

تیم پژوهشی بر آنچه آن را علت اصلی زخم‌های مزمن می‌دانند تمرکز کرد: کمبود اکسیژن در عمق بافت آسیب ‌دیده. هنگامی که سطح اکسیژن بیش از حد پایین باشد، زخم‌ها در یک مرحله التهابی طولانی‌مدت گرفتار می‌مانند. این محیط رشد باکتری‌ها و تخریب بافت را به‌ جای ترمیم تشویق می‌کند.

«ایمان نوشادی»، استاد دانشیار مهندسی زیستی در دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید (UCR) که هدایت تیم پژوهشی را بر عهده داشت، می‌گوید: «زخم‌های مزمن خودبه‌خود بهبود نمی‌یابند».

او می‌افزاید: «بهبود زخم‌های مزمن چهار مرحله دارد: التهاب، رگ‌زایی که در آن بافت شروع به ساخت عروق خونی می‌کند، بازسازی ساختار بافت و در نهایت باززایی یا ترمیم کامل. در هر یک از این مراحل، نبودِ منبع پایدار و مداوم اکسیژن یک مشکل بزرگ است».

هنگامی که اکسیژنِ موجود در جریان خون یا هوای اطراف نتواند به لایه‌های عمیق‌تر بافت برسد، وضعیتی موسوم به «هیپوکسی» ایجاد می‌شود. هیپوکسی روند طبیعی بهبود بدن را مختل می‌کند.

این تیم رویکرد ژل تولیدکننده اکسیژن خود را در نشریه «نیچر» (Nature_Communications Materials) منتشر کردند.

سازوکار عملکرد ژل تولیدکننده اکسیژن

این ژل نرم و انعطاف‌پذیر از آب و مایعی مبتنی بر کولین ساخته شده است که خاصیت ضدباکتریایی دارد، غیرسمی است و با بافت‌های زیستی سازگار است. هنگامی که به یک باتری کوچک مشابه باتری‌های سمعک متصل شود، این ماده مانند یک دستگاه الکتروشیمیایی مینیاتوری عمل می‌کند. این سامانه مولکول‌های آب را تجزیه کرده و به ‌طور پیوسته در طول زمان اکسیژن آزاد می‌کند.

برخلاف درمان‌هایی که تنها در سطح زخم اکسیژن فراهم می‌کنند، این ژل خود را با شکل دقیق زخم تطبیق می‌دهد. پیش از جامد شدن، شکاف‌های کوچک و نواحی ناهموار را که سطح اکسیژن در آنها معمولا پایین‌تر و خطر عفونت بالاتر است، پر می‌کند.

تامین مداوم اکسیژن حیاتی است. تشکیل عروق خونی جدید ممکن است هفته‌ها طول بکشد و تامین کوتاه‌مدت و مقطعی اکسیژن برای ترمیم پایدار کافی نیست. این سامانه می‌تواند جریان اکسیژن را تا یک ماه حفظ کند و به زخم متوقف‌شده کمک کند الگوی بهبودی طبیعی‌تری را از سر بگیرد.

نتایج امیدبخش در موش‌های دیابتی و سالمند

برای آزمودن این فناوری، پژوهشگران موش‌های دیابتی و سالمند را بررسی کردند؛ زیرا زخم‌های آنها به زخم‌های مزمن در سالمندان شباهت دارد. در حیوانات درمان ‌نشده، جراحات بسته نشدند و اغلب کشنده بودند. هنگامی که پانسمان تولیدکننده اکسیژن به‌کار رفت و به‌ صورت هفتگی تعویض شد، زخم‌ها طی حدود ۲۳ روز بهبود یافتند و حیوانات زنده ماندند.

«پرینس دیوید اوکورو»، دانشجوی دکترای مهندسی زیستی در آزمایشگاه نوشادی و یکی از نویسندگان مقاله، می‌گوید: «می‌توانیم این پانسمان را به‌ عنوان یک محصول تولید کنیم که در آن ژل ممکن است نیاز داشته باشد به‌ طور دوره‌ای تجدید شود».

تعادل التهاب و پاسخ ایمنی

این ژل می‌تواند فراتر از تأمین اکسیژن عمل کند. کولین، یکی از اجزای اصلی آن، به تنظیم فعالیت ایمنی و کاهش التهاب بیش از حد کمک می‌کند. زخم‌های مزمن غالبا حاوی سطوح بالایی از گونه‌های فعال اکسیژن هستند؛ یعنی مولکول‌های ناپایداری که به سلول‌ها آسیب می‌زنند و التهاب را تداوم می‌بخشند. این ژل با تأمین پایدار اکسیژن و در عین حال مهار واکنش التهابی بیش‌ازحد، شرایط مناسب‌تری برای ترمیم بافت فراهم می‌کند.

اوکورو می‌گوید: «پانسمان‌هایی وجود دارند که مایع را جذب می‌کنند و برخی دیگر که عوامل ضدمیکروبی آزاد می‌کنند. اما هیچ‌یک واقعا هیپوکسی را ـ که مشکل بنیادی است ـ هدف قرار نمی‌دهند. ما مستقیما به آن می‌پردازیم».

فراتر از مراقبت از زخم

کاربردهای بالقوه این فناوری محدود به درمان زخم‌های مزمن نیست. کمبود اکسیژن و مواد مغذی موانع عمده‌ای در تلاش‌ها برای پرورش بافت‌ها و اندام‌های جایگزین [در آزمایشگاه] به‌شمار می‌روند؛ هدفی که آزمایشگاه نوشادی در بلندمدت دنبال می‌کند.

نوشادی می‌گوید: «وقتی ضخامت یک بافت افزایش می‌یابد، رساندن اکسیژن و مواد مغذی به سلول‌های عمقی دشوار می‌شود؛ بنابراین سلول‌ها شروع به مردن می‌کنند. این پروژه را می‌توان پلی به ‌سوی ساخت و حفظ اندام‌های بزرگ‌تر [آزمایشگاهی] برای افرادی دانست که به آنها نیاز دارند».

پرداختن به یک چالش رو‌به‌رشد سلامت

برخی از عوامل افزایش نرخ زخم‌های مزمن تنها با یک دستگاه پزشکی حل نخواهند شد. افزون بر سالمندی و دیابت، عوامل سبک زندگی نیز نقش دارند.

«بایشالی کانجیلال»، مهندس زیستی دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید (UCR) و از نویسندگان همکار، می‌گوید: «سبک زندگی کم‌تحرک ما موجب کاهش پاسخ‌های ایمنی‌مان می‌شود. پرداختن به ریشه‌های اجتماعی مشکلاتمان دشوار است. اما این نوآوری فرصتی برای کاهش قطع عضو، بهبود کیفیت زندگی و فراهم کردن آنچه بدن برای ترمیم خود نیاز دارد، فراهم می‌کند».