پلت فرم تحویل داروی مکانیکی کاشتنی به غلبه بر پاسخ ایمنی میزبان کمک می کند



دستگاه‌های کاشتنی که انسولین را در بدن آزاد می‌کنند، به عنوان یک راه جایگزین برای درمان دیابت بدون تزریق انسولین یا قرار دادن کانول، نویدبخش هستند. با این حال، یکی از موانعی که تاکنون مانع استفاده از آنها شده است این است که سیستم ایمنی بدن پس از کاشت به آنها حمله می کند و لایه ضخیمی از بافت اسکار را تشکیل می دهد که ترشح انسولین را مسدود می کند.

این پدیده که به عنوان پاسخ جسم خارجی شناخته می شود، می تواند با بسیاری از انواع دیگر وسایل پزشکی قابل کاشت نیز تداخل داشته باشد. با این حال، تیمی از مهندسان و همکاران MIT اکنون راهی برای غلبه بر این پاسخ ابداع کرده‌اند. در مطالعه‌ای روی موش‌ها، آن‌ها نشان دادند که وقتی آن‌ها محرک مکانیکی را در یک دستگاه رباتیک نرم وارد کردند، این دستگاه برای مدت طولانی‌تری نسبت به یک ایمپلنت معمولی برای تحویل دارو، کارایی خود را حفظ کرد.

محققان دریافتند که این دستگاه به طور مکرر به مدت پنج دقیقه هر 12 ساعت باد و تخلیه می شود و این انحراف مکانیکی از تجمع سلول های ایمنی در اطراف دستگاه جلوگیری می کند.

الن روش، معاون توسعه شغلی خانواده Latham می گوید: “ما از این نوع حرکت برای افزایش طول عمر و کارایی این مخازن کاشته شده استفاده می کنیم که می توانند داروهایی مانند انسولین را تحویل دهند، و فکر می کنیم این پلت فرم می تواند فراتر از این کاربرد گسترش یابد.” استاد مهندسی مکانیک و عضو موسسه مهندسی و علوم پزشکی MIT.

در میان دیگر کاربردهای احتمالی، محققان اکنون قصد دارند ببینند که آیا می‌توانند از این دستگاه برای تحویل سلول‌های جزایر پانکراس استفاده کنند که می‌تواند به عنوان یک “لوزالمعده مصنوعی زیستی” برای کمک به درمان دیابت عمل کند.

روشه نویسنده ارشد این مطالعه به همراه ایمیار دولان، فوق دکترای سابق آزمایشگاهش است که اکنون عضو هیئت علمی دانشگاه ملی ایرلند در گالوی است. گری دافی، همچنین استاد NUI Galway، یکی از همکاران کلیدی در این کار است که در ارتباطات طبیعت. ویلیام وایت و دبکالپا گوسوامی، فوق دکترای MIT، و محقق مدعو، سوفی وانگ، نویسندگان اصلی مقاله هستند.

اکثر بیماران مبتلا به دیابت نوع 1 و برخی مبتلا به دیابت نوع 2 مجبورند روزانه به خود انسولین تزریق کنند. برخی از بیماران از پمپ های انسولین پوشیدنی استفاده می کنند که به پوست متصل هستند و انسولین را از طریق لوله ای که در زیر پوست قرار داده شده، یا تکه هایی که می توانند انسولین را بدون لوله تحویل دهند، تحویل می دهند.

سال‌هاست که دانشمندان روی دستگاه‌های انسولین کار می‌کنند که می‌توان آن‌ها را در زیر پوست کاشت. با این حال، کپسول های فیبری که در اطراف چنین دستگاه هایی تشکیل می شوند می توانند ظرف چند هفته یا چند ماه منجر به خرابی دستگاه شوند.

محققان روش‌های زیادی را برای جلوگیری از تشکیل این نوع بافت اسکار امتحان کرده‌اند، از جمله تحویل موضعی سرکوب‌کننده‌های ایمنی. تیم MIT رویکرد متفاوتی را اتخاذ کرد که به هیچ دارویی نیاز ندارد -; در عوض، ایمپلنت آنها شامل یک دستگاه رباتیک نرم با تحرک مکانیکی است که می تواند باد و تخلیه شود. در مطالعه‌ای در سال 2019، روش و همکارانش (به همراه دولان به عنوان نویسنده اول) نشان دادند که این نوع نوسان می‌تواند نحوه واکنش سلول‌های ایمنی مجاور به دستگاه کاشته‌شده را تعدیل کند.

در مطالعه جدید، محققان می خواستند ببینند که آیا این اثر تعدیل کننده ایمنی می تواند به بهبود انتقال دارو کمک کند یا خیر. آنها یک دستگاه دو محفظه ساخته شده از پلی یورتان، پلاستیکی که خاصیت ارتجاعی مشابهی با ماتریکس خارج سلولی که بافت ها را احاطه کرده است، ساختند. یکی از محفظه ها به عنوان مخزن دارو عمل می کند و دیگری به عنوان یک محرک نرم و بادی عمل می کند. با استفاده از یک کنترل‌کننده خارجی، محققان می‌توانند محرک را تحریک کنند تا در یک زمان‌بندی خاص باد و باد شود. برای این مطالعه، آنها هر 12 ساعت یک بار به مدت پنج دقیقه این عمل را انجام دادند.

این تحریک مکانیکی سلول‌های ایمنی به نام نوتروفیل‌ها را از بین می‌برد، سلول‌هایی که فرآیندی را آغاز می‌کنند که منجر به تشکیل بافت اسکار می‌شود. وقتی محققان این دستگاه‌ها را در موش‌ها کاشتند، دریافتند که ایجاد بافت اسکار در اطراف دستگاه‌ها بسیار بیشتر طول می‌کشد. بافت اسکار در نهایت شکل گرفت، اما ساختار آن غیرعادی بود: به جای الیاف کلاژن درهم که در اطراف دستگاه‌های ساکن ایجاد می‌شد، رشته‌های کلاژن اطراف دستگاه‌های فعال‌شده به‌شدت هم‌تراز بودند، که محققان معتقدند ممکن است به مولکول‌های دارو برای عبور از بافت کمک کند.

در کوتاه‌مدت، می‌بینیم که نوتروفیل‌های کمتری در اطراف دستگاه در بافت وجود دارد، و سپس درازمدت، می‌بینیم که تفاوت‌هایی در ساختار کلاژن وجود دارد، که ممکن است به این ارتباط داشته باشد که چرا دارورسانی بهتری در طول هشت هفته داریم. بازه زمانی.”


سوفی وانگ، نویسنده ارشد مطالعه و محقق مدعو، موسسه فناوری ماساچوست

برای نشان دادن سودمندی بالقوه این دستگاه، محققان نشان دادند که می توان از آن برای انتقال انسولین در موش استفاده کرد. این دستگاه طوری طراحی شده است که انسولین می تواند به آرامی از طریق منافذ موجود در مخزن دارو به بیرون نفوذ کند یا در یک انفجار بزرگ که توسط محرک کنترل می شود آزاد شود.

محققان اثربخشی آزادسازی انسولین را با اندازه‌گیری تغییرات بعدی در سطح گلوکز خون موش‌ها ارزیابی کردند. آنها دریافتند که در موش‌هایی که دستگاه فعال شده داشتند، تحویل انسولین مؤثر در طول هشت هفته مطالعه حفظ شد. با این حال، در موش هایی که تحریک دریافت نکردند، بازده زایمان تنها پس از دو هفته کاهش یافت و پس از هشت هفته، تقریباً هیچ انسولینی قادر به عبور از کپسول فیبری نبود.

نویسندگان همچنین نسخه ای به اندازه انسان از این دستگاه را با ابعاد 120 میلی متر در 80 میلی متر ایجاد کردند و نشان دادند که می توان آن را با موفقیت در شکم جسد انسان کاشت کرد.

گوسوامی می‌گوید: «این یک اثبات مفهومی بود که نشان می‌داد یک تکنیک جراحی کم تهاجمی وجود دارد که می‌تواند به طور بالقوه برای دستگاه‌هایی در مقیاس بزرگتر و در مقیاس انسانی استفاده شود».

محققان با همکاری جفری میلمن از دانشکده پزشکی دانشگاه واشنگتن در سنت لوئیس، اکنون قصد دارند این دستگاه را به گونه‌ای تطبیق دهند که بتوان از آن برای تحویل سلول‌های پانکراس مشتق از سلول‌های بنیادی استفاده کرد که سطح گلوکز را حس کرده و در هنگام کاهش گلوکز، انسولین ترشح می‌کنند. خیلی بالا. چنین ایمپلنتی می تواند نیاز بیماران را به اندازه گیری مداوم سطح گلوکز و تزریق انسولین از بین ببرد.

روشه می گوید: «ایده این است که سلول ها در مخزن ساکن باشند و به عنوان یک کارخانه انسولین عمل کنند. آنها سطوح گلوکز خون را تشخیص داده و سپس انسولین را بر اساس آنچه لازم بود آزاد می کنند.

سایر کاربردهای احتمالی که محققان برای این نوع دستگاه بررسی کرده‌اند شامل ارائه ایمونوتراپی برای درمان سرطان تخمدان و رساندن دارو به قلب برای جلوگیری از نارسایی قلبی در بیمارانی است که حملات قلبی داشته‌اند.

روشه می‌گوید: «می‌توانید تصور کنید که ما می‌توانیم این فناوری را برای هر چیزی که توسط واکنش جسم خارجی یا کپسول فیبری مانع می‌شود، به کار ببریم و اثر طولانی‌مدتی داشته باشیم. من فکر می‌کنم هر نوع دستگاه انتقال داروی قابل کاشت می‌تواند مفید باشد.»

این تحقیق تا حدی توسط بنیاد علمی ایرلند، بنیاد تحقیقات دیابت نوجوانان و مؤسسه ملی بهداشت تامین شد.

منبع:

موسسه تکنولوژی ماساچوست

مرجع مجله:

وایت، دبلیو. و همکاران. (2022) تحریک پویا حمل و نقل را افزایش می دهد و طول عمر درمانی را در یک پلت فرم تحویل دارو قابل کاشت افزایش می دهد. ارتباطات طبیعت. doi.org/10.1038/s41467-022-32147-w.



منبع