ریاضی دیابت را درمان می‌کند؟

به گزارش گروه علم و فناوری آنا به نقل از مجله دانش‌بنیان، پژوهشگران برنامه‌های بیوماتمتیک (زیست‌- ریاضی) در دانشگاه ایالتی فلوریدا با کمک تلفیقی از فناوری و ریاضی در یک مطالعه بلندپروازانه به دنبال راهی برای درمان قطعی دیابت نوع 2 می‌گردند.

مطالعه جدیدی که توسط دکتر ریچارد برترام، استاد ریاضیات صورت گرفته است، به گونه‌ای موفقیت‌آمیز نوسان تولید انسولین را در سلول‌های خفته و بازگردانی امکان تولید انسولین در آنهاست. این مشکل اساسی افرادی است که با دیابت زندگی می‌گذرانند؛ سلول‌های پانکراسی آنها یا اصولا انسولین نمی‌سازد یا مقدار آن کافی نیست تا قند خون کنترل شود که در نتیجه میزان گلوکز در خون تا مرز خطرناکی (ایجاد حالت hyperglycemia) افزایش می‌یابد. تنها در ایالات متحده آمریکا سی میلیون نفر دچار دیابتند که نود و پنج درصد موارد ابتلا از نوع 2 است.

پژوهش دکتر برترام (نتایج آن در مجله PLOS Computational Biology به چاپ رسیده است)، موفقیتی قابل‌توجه در نیل به هدف نهایی یعنی یافتن روشی برای درمان قطعی این عارضه است. او توضیح می‌دهد: «تاکنون کسی از تلفیق این امکانات استفاده نکرده و این راهی بسیار مناسب است که کارهای علمی به همراه نتایج ملموس صورت گیرد که برای همگان جدید باشد. با کمک همکاری مناسب بین‌رشته‌ای و استفاده از فناوری رسیدن به چنین اهدافی امکان‌پذیر می شود.»

دکتر برترام از مدل‌های ریاضی که خودش آنها را طراحی و محاسبه کرده و علم میکروسیالات بهره می‌برد.

این پژوهش با همکاری دکتر مایکل راپر دانشیار بخش شیمی و بیوشیمی صورت پذیرفت که تجهیزات لازم را با دقت کافی برای جانا بخشیدن به مدل‌های ریاضی دکتر برترام طراحی نمود. معادلات دکتر برترام می‌تواند پاسخ بالقوه بسیاری از سیستم‌های زیستی را شبیه‌سازی کند.

محققان این پیش‌بینی‌ها را در آزمایشگاه پژوهشی با یک وسیله شیشه‌ای میکروسیال (که در ظاهر بسیار ساده به نظر می‌رسد، اما سیستم داخلی آن بسیار پیشرفته و پیچیده است) مورد بررسی قرار دادند. این نوآوری به اندازه یک کارت اعتباری بانکی است که روی آن کانال‌های میکروسکوپی تعبیه شده که می‌توانند مقدار دقیق و موردنظر از محلول گلوکز را به سلول‌های بتاپانکراس که دسته‌هایی را به نام شبه‌جزایر می‌سازند، برسانند. محققان پژوهش‌های مختلفی را با کمک شبه‌جزایر موش آزمایشگاهی و به کمک این اختراع میکروسیال انجام دادند.

دکتر راپر می‌گوید: «این اختراع خیلی شبیه ساخت چیپ‌های رایانه‌ای است. این وسیله اجازه می‌دهد یک یا تعداد بیشتری از شبه‌جزایر سلولی روی آن سوار شود، آن‌گاه در یک مکانیسم بسیار کنترل‌شده مقدار دقیق گلوکز را به این سلول‌ها می‌رسانیم.»

با کمک این فناوری و تنظیم مقدار دقیق گلوکزی که به سلول‌های بتاپانکراس می‌رسد، پژوهشگران می‌توانند علت خاموش شدن سلول‌های انسولین‌ساز را بیازمایند و امکان فعال‌سازی مجدد آنها را بررسی کنند. با کمک ابداع میکروسیالی دکتر راپر محققان دوز بسیار اندکی از گلوکز، یک میکرولیتر یا یک هزارم یک قطره باران را به سلول‌های بتا خفته پانکراسی موش رساندند.

زمانی که این حجم بسیار کوچک به صورت ضربان‌های ریتم‌دار با اندازه و فراوانی کنترل شده (مانند یک بدن سالم) مهیا شد، نوعی نوسان در سلول‌های شبه‌جزایری القا شد و سبب شد تا آنها مانند سلول‌های سالم انسولین ترشح کنند.

این پژوهش نقطه عطفی در یافتن پاسخ سوالات مرتبط با دیابت و شناخت بهتر این بیماری است. همچنین این مطالعه نشان داد که چگونه تلفیقی از ریاضیات و زیست‌شناسی می‌تواند راهگشای دانشمندان باشد. هدف تیم تحقیقاتی این است که علت مقاومت بافت‌های بدن به انسولین روشن شود؛ چیزی که سبب می‌شود شبه‌جزایر سلولی پانکراس ضعیف و در نهایت خاموش شوند که در همه این موارد در نهایت به بروز دیابت می‌انجامد. امروزه تیم برترام و راپر به آینده می‌نگرند با این هدف که به کمک ریاضی و فناوری‌های جدید راه درمانی برای دیابت بیابند.

دکتر برترام می‌گوید: «ما این مطالعه را پیشرفت به سمت هدف می‌دانیم. دیابت نوع 2 بیماری بسیار پیچیده‌ای است. برای درمان قطعی آن باید فهمید اجزا و جزئیات ایجاد بیماری چگونه کار می‌کنند. ریاضی همواره در این مسیر می‌تواند راهگشا باشد.»