درمان دیابت با کاشت دستگاه تولید انسولین در بدن

به گزارش خبرنگار فناوری خبرگزاری علم و فناوری آنا، دانشمندان MIT یک ابزار کاشتنی ابداع کرده‌اند که می‌تواند دیابت را بدون نیاز به تزریق مداوم انسولین کنترل کند. در این دستگاه علاوه بر سلول‌هایی برای تولید انسولین، یک کارخانه کوچک تولیدکننده اکسیژن نیز برای حفظ سلامت این سلول‌ها، تعبیه شده است.

ابزار کاشتنی، دستگاه مستطیلی کوچک، دارای لبه‌های منحنی است و در آب قرار می‌گیرد و حباب‌هایی در بالا ایجاد می‌کند. این دستگاه به رنگ زرد – نارنجی، دارای یک صفحه مدار و قطعات لحیم کاری شده از جمله یک قطعه به شکل الماس در وسط است.

یکی از رویکرد‌های امیدوارکننده برای درمان دیابت نوع یک، کاشت سلول‌های جزایر پانکراس است که می‌توانند در صورت نیاز، انسولین تولید کنند، پیشرفتی که می‌تواند بیماران را از تزریق مکرر انسولین بی نیاز کند.

با این حال، یکی از موانع اصلی رویکرد این است که پس از کاشت سلول ها، در نهایت اکسیژن آن‌ها تمام شده و تولید انسولین نیز متوقف می‌شود.

برای غلبه بر این مانع، مهندسان MIT یک دستگاه کاشتنی جدید طراحی کرده‌اند که نه تنها صد‌ها هزار سلول جزایر پانکراس تولیدکننده انسولین را حمل می‌کند؛ بلکه کارخانه اکسیژن خود را نیز دارد که با تقسیم بخار آب موجود در بدن، اکسیژن تولید می‌کند.

محققان با کاشت این دستگاه در بدن موش‌های دیابتی مشاهده کردند، این ایمپلنت می‌تواند سطح گلوکز خون موش‌ها را حداقل برای یک ماه ثابت نگه دارد. محققان اکنون امیدوارند نسخه بزرگتری از این دستگاه به اندازه یک آدامس بسازند که در نهایت در افراد مبتلا به دیابت نوع ۱ آزمایش شود.

«دنیل اندرسون» «Daniel Anderson» استاد دانشکده مهندسی شیمی MIT و عضو موسسه کُخ MIT در تحقیقات یکپارچه سرطان و موسسه علوم و مهندسی پژشکی (IMES) گفت: می‌توان این دستگاه را به عنوان یک دستگاه پزشکی زنده در نظر گرفت که از سلول‌های انسانی تولید کننده انسولین به همراه یک سیستم پشتیبانی حیات الکترونیکی ساخته شده است. ما از پیشرفتی که تاکنون به دست آمده است هیجان‌زده ایم و واقعاً خوش‌بین هستیم که این فناوری می‌تواند به بیماران کمک کند.

اگرچه تمرکز اصلی محققان بر درمان دیابت است؛ اما می‌گویند این نوع دستگاه می‌تواند برای درمان سایر بیماری‌هایی که نیاز به تحویل مکرر پروتئین‌های درمانی دارند نیز سازگار شود.

«سیذارت کریشنان» «Siddharth Krishnan»، مجری این تحقیقات گفت: اکثر بیماران مبتلا به دیابت نوع یک باید سطح گلوکز خون خود را به دقت کنترل کرده و حداقل یک بار در روز انسولین تزریق کنند. با این حال، این فرآیند توانایی طبیعی بدن برای کنترل سطح گلوکز خون را تکرار نمی‌کند.

اندرسون می‌گوید: اکثریت قریب به اتفاق دیابتی‌های وابسته به انسولین، انسولین را به خود تزریق کرده و نهایت تلاش خود را می‌کنند؛ اما سطح قند خون سالمی ندارند. اگر به سطح قند خون آن‌ها نگاه کنید، حتی برای افرادی که بسیار مراقب هستند، باز قادر نیستند آنچه که پانکراس زنده می‌تواند اجرا کنند، انجام دهند.

جایگزین بهتر، پیوند سلول‌هایی است که هر زمان که نیاز به افزایش سطح گلوکز خون بیمار باشد، انسولین تولید کنند. برخی از بیماران دیابتی سلول‌های جزایر پانکراس پیوندی را از بیماران مرگ مغزی دریافت کرده‌اند که می‌تواند به کنترل طولانی‌مدت دیابت دست یابد. با این حال، این بیماران برای جلوگیری از دفع سلول‌های کاشته شده توسط بدن خود، مجبور به مصرف دارو‌های سرکوب کننده سیستم ایمنی هستند.

به تازگی 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 می‌تواند از نیاز به دارو‌های سرکوب کننده سیستم ایمنی جلوگیری کند، تعبیه کردن سلول‌های پیوندی در یک دستگاه انعطاف پذیر است که از سلول‌ها در برابر سیستم ایمنی محافظت می‌کند. با این حال، یافتن یک منبع اکسیژن قابل اعتماد برای این سلول‌های کپسوله شده، چالش برانگیز است.

برخی از دستگاه‌های آزمایشی، از جمله دستگاهی که در آزمایش‌های بالینی آزمایش شده است، دارای یک محفظه اکسیژن هستند که می‌تواند اکسیژن سلول‌ها را تامین کند، اما این محفظه نیاز به بارگیری مجدد دوره‌ای دارد.

محققان دیگر ایمپلنت‌هایی ساخته‌اند که شامل معرف‌های شیمیایی است که می‌تواند اکسیژن تولید کند؛ اما آن‌ها نیز در نهایت تمام می‌شوند.

تیم MIT رویکرد متفاوتی را در پیش گرفت که به طور بالقوه می‌توانست با شکافتن آب، اکسیژن را به طور نامحدود تولید کند.

این کار با استفاده از یک غشای مبادله پروتون در داخل دستگاه انجام می‌شود؛ فناوری که در ابتدا برای تولید هیدروژن در سلول‌های سوختی به کار گرفته شد.

این غشاء می‌تواند بخار آب که به وفور در بدن یافت می‌شود را به هیدروژن که به طور بی ضرری پخش می‌شود و اکسیژن تقسیم کند.

این اکسیژن به داخل یک محفظه ذخیره می‌رود که سلول‌های جزایر پانکراس را از طریق یک غشای نازک و قابل نفوذ به اکسیژن تغذیه می‌کند.

مزیت چشمگیر این روش عدم نیاز آن به سیم یا باتری است. تقسیم بخار آب، به ولتاژ کمی (حدود ۲ ولت) نیاز دارد که با استفاده از پدیده‌ای به نام تزویج القایی تشدیدی ایجاد می‌شود.

یک سیم پیچ مغناطیسی تنظیم شده که در خارج از بدنه قرار دارد، انرژی را به یک آنتن کوچک و منعطف داخل دستگاه منتقل می‌کند و امکان انتقال انرژی بی سیم را فراهم می‌کند.

این به یک سیم پیچ خارجی نیاز دارد، که محققان پیش بینی می‌کنند که می‌تواند به شکل یک چسب روی پوست بیمار از آن استفاده کرد.

دانشمندان پس از ساخت دستگاه خود که به اندازه یک چهارم یک سکه است، آن را روی موش‌های دیابتی آزمایش کردند. یک گروه از موش‌ها دستگاهی را با غشای تولید کننده اکسیژن و شکاف آب دریافت کردند، در حالی که به گروه دیگر دستگاهی پیوند زده شد که حاوی سلول‌های جزایر پانکراس بدون اکسیژن مکمل بود.

این دستگاه‌ها دقیقاً در زیر پوست موش‌هایی با سیستم ایمنی کاملاً عملکردی، کاشته شدند.
محققان دریافتند موش‌هایی که دستگاه تولید کننده اکسیژن دریافت کرده بودند قادر به حفظ سطح طبیعی گلوکز خون، قابل مقایسه با حیوانات سالم هستند.

با این حال، موش‌هایی که دستگاه بدون اکسیژن گرفته بودند، در عرض حدود دو هفته دچار هیپرگلیسمی (افزایش قند خون) شدند.

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

این رویکرد همچنین می‌تواند برای تحویل سلول‌هایی که انواع دیگری از پروتئین‌های درمانی را تولید می‌کنند و باید در دوره‌های زمانی طولانی داده شوند، استفاده شود.

در این مطالعه، همچنین حاکی از آن است، این دستگاه می‌تواند سلول‌هایی را که «اریتروپویتین»، پروتئینی که تولید گلبول‌های قرمز را تحریک می‌کند، زنده نگه دارد.

اندرسون می‌گوید با ابراز خوشبینی از احتمال ساخت دستگاه‌های پزشکی زنده برای تعبیه در بدن و تولید دارو در صورت نیاز گفت: بیماری‌های مختلفی وجود دارد که در آن بیماران نیاز به مصرف پروتئین‌ها به صورت برون‌زا دارند، گاهی اوقات بسیار مکرر. اگر بتوانیم نیاز به تزریق یک هفته در میان را با یک ایمپلنت که می‌تواند برای مدت طولانی عمل کند جایگزین کنیم، فکر می‌کنم این واقعا می‌تواند به بسیاری از بیماران کمک کند.

اکنون محققان قصد دارند این دستگاه را برای آزمایش بر روی حیوانات بزرگتر و در نهایت انسان‌ها تطبیق دهند.

آن‌ها امیدوارند برای استفاده انسانی، ایمپلنتی به اندازه یک تکه آدامس بسازند. این محققان همچنین قصد دارند دوام طولانی‌تر این دستگاه‌ها در بدن را مورد آزمایش قرار دهند.

کریشنان می‌گوید: موادی که ما استفاده کرده‌ایم ذاتاً پایدار و طولانی‌مدت هستند، بنابراین من فکر می‌کنم این نوع عملیات طولانی‌مدت در محدوده احتمالی است، و این چیزی است که ما روی آن کار می‌کنیم.

این دانش پژوهان معتقدند این پیشرفت می‌تواند روزی راهی کاملاً جدید برای درمان دیابت و احتمالاً بیماری‌های دیگر ارائه کند.

نتایج این تحقیقات در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است.