درمان دیابت با ایمپلنت مولد اکسیژن

تزریق روزانه انسولین دردناک و ناخوشایند است، به همین دلیل است که دانشمندان در حال ساخت ایمپلنت‌هایی هستند که دیابت را بدون نیاز به سوزن درمان کند. یک مورد جدید به طور ویژه امیدوارکننده به نظر می‌رسد، زیرا اکسیژن را برای تغذیه سلول‌های جزایر لانگرهانس درون لوزالمعده(پانکراس) تولید می‌کند.

جزایر لانگرهانس(Islets of Langerhans) مناطقی درون لوزالمعده هستند که هورمون‌های گلوکاگون، انسولین، آمیلین، سوماتواستاتین، پلی‌پپتید پانکراسی و گرلین را ترشح می‌کنند و اهمیت بالایی در متابولیسم گلوکز دارند. این سلول‌ها در سال ۱۸۶۹ توسط کالبدشناس-آسیب‌شناس آلمانی به نام پاول لانگرهانس کشف شدند. جزایر لانگرهانس ۱ تا ۲ درصد از حجم لوزالمعده را تشکیل می‌دهند و ۱۰ تا ۱۵ درصد از جریان خون آن را دریافت می‌کنند.

در بیشتر افراد، سلول‌های جزایر پانکراس هستند که انسولین -هورمونی که برای حفظ سطح مناسب قند خون لازم است- تولید می‌کنند. متأسفانه سیستم ایمنی افراد مبتلا به دیابت نوع ۱ این سلول‌ها را از بین می‌برد، بنابراین انسولین باید به صورت دستی به جریان خون تزریق شود.

یکی از جایگزین‌های این تزریق‌ها شامل کاشت سلول‌های جزایر لانگرهانس است که یا از جسد انسان جمع‌آوری شده‌اند یا از سلول‌های بنیادی مشتق شده‌اند. در حالی که انجام این کار در بسیاری از موارد کارگر است، بیماران مجبورند تا پایان عمر خود از داروهای سرکوب کننده سیستم ایمنی استفاده کنند تا از پس زده شدن این سلول‌ها جلوگیری کنند.

دانشمندان سعی کرده‌اند سلول‌های جزیره‌ای را در ایمپلنت‌های انعطاف‌پذیر کوچک محصور کنند که از این سلول‌ها در برابر سیستم ایمنی میزبان محافظت می‌کند، اما همچنان به انسولین تولید شده توسط آن سلول‌ها اجازه می‌دهد تا در جریان خون منتشر شود. این ایمپلنت‌ها همچنین از رسیدن اکسیژن حیاتی به سلول‌ها جلوگیری می‌کنند، اما این بدان معناست که این سلول‌ها دوام زیادی نخواهند داشت.

برخی از ایمپلنت‌ها با استفاده از یک محفظه اکسیژنِ از پیش بارگذاری شده یا معرف‌های شیمیایی که اکسیژن تولید می‌کنند، این نقص را برطرف کرده‌اند. اما با گذشت زمان، هم اکسیژن و هم معرف‌ها تمام می‌شوند، بنابراین این دسته از ایمپلنت‌ها باید جایگزین یا دوباره پر شوند.

اکنون گروهی از پژوهشگران موسسه فناوری ماساچوست(MIT) و بیمارستان کودکان بوستون در جستجوی یک جایگزین طولانی مدت، دستگاه جدیدی را توسعه داده‌اند.

این دستگاه با صدها هزار سلول جزایر لانگرهانس، همراه با یک غشای تبادل پروتون که بخار آب(که به طور طبیعی در بدن وجود دارد) را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌کند، پر شده است. هیدروژن به شکل بی‌ضرر منتشر می‌شود، در حالی که اکسیژن به یک محفظه ذخیره در ایمپلنت می‌رود. سپس یک غشای نازک و قابل نفوذ در آن محفظه به اکسیژن اجازه می‌دهد تا به محفظه حاوی سلول‌های جزایر لانگرهانس جریان یابد.

سپس اعمال یک ولتاژ کوچک برای شروع عمل تجزیه بخار آب مورد نیاز است، که می‌تواند به صورت بی‌سیم از یک سیم‌پیچ مغناطیسی خارجی به یک آنتن در ایمپلنت منتقل شود. این سیم‌پیچ را می‌توان به پوست بیمار، در مجاورت محل ایمپلنت چسباند.

در آزمایش‌هایی که روی موش‌های دیابتی انجام شد، یک نسخه کامل اکسیژن‌زا از این دستگاه در زیر پوست یک گروه از موش‌ها کاشته شد، در حالی که گروهی دیگر یک نسخه غیر اکسیژنه دریافت کردند که فقط حاوی سلول‌های جزایر لانگرهانس بود. اگرچه هر دو گروه در ابتدا عملکرد خوبی داشتند، اما گروه بدون اکسیژن در عرض حدود دو هفته دچار هیپرگلیسمی شدند.

هایپرگلیسمی وضعیتی است که در آن مقادیر بیش از حد گلوکز در پلاسمای خون موجود است.

در حال حاضر پژوهشگران این مطالعه به دنبال انجام آزمایش‌هایی بر روی حیوانات بزرگ‌تر و به دنبال آن آزمایش‌های بالینی روی انسان‌ها هستند.

امید است بتوان از این فناوری برای تولید انواع دیگر پروتئین‌های درمانی برای درمان سایر شرایط و بیماری‌ها نیز استفاده کرد. در واقع، این دستگاه پیش از این برای حمایت از سلول‌هایی که اریتروپویتین تولید می‌کنند-پروتئینی که تولید گلبول‌های قرمز را تحریک می‌کند- استفاده شده است.

پروفسور دنیل اندرسون از MIT و نویسنده ارشد این مطالعه می‌گوید: بیماری‌های مختلفی وجود دارند که در آن بیماران نیاز به دریافت پروتئین‌ها به صورت بیرونی دارند که گاهی اوقات نیز بسیار مکرر است. اگر بتوانیم نیاز به تزریق هفتگی را با یک ایمپلنت که می‌تواند برای مدت طولانی عمل کند، جایگزین کنیم، فکر می‌کنم واقعا بتواند به بسیاری از بیماران کمک کند.