Un nou dispozitiv implantabil, dotat cu o „fabrică de oxigen" integrată, ar putea oferi în curând o alternativă la injecţiile zilnice de insulină pentru persoanele cu diabet, potrivit cercetătorilor. Dispozitivul conţine celule încapsulate care produc insulină, plus o mică fabrică producătoare de oxigen care menţine celulele sănătoase.
O echipă de la Institutul de tehnologie din Massachusetts (MIT) a realizat un dispozitiv de mărimea unei pastile de gumă de mestecat care, odată implantat, ar putea regla nivelul de zahăr din sânge la pacienţii diabetici (foto: MIT, Felice Frankel).
Dispozitivul, care a fost testat pe şoareci, are potenţialul de a elimina nevoia continuă de monitorizare a nivelului de zahăr din sânge şi de autoadministrare a injecţiilor de insulină.
Cercetătorii de la MIT se pregătesc acum să îi testeze eficacitatea pe pacienţii umani.
Totodată, ei cred că dispozitivul ar putea fi modificat pentru a aborda şi alte boli care necesită livrări frecvente de proteine.
Studiul, care va apărea în revista Proceedings of the National Academy of Sciences - PNAS, a avut ca scop proiectarea unui mecanism implantabil de lungă durată care să servească drept alternativă la nevoia de insulină.
Majoritatea persoanelor cu diabet zaharat de tip 1 trebuie să îşi urmărească meticulos nivelul de zahăr din sânge şi să îşi administreze zilnic injecţii cu insulină.
Însă, acest regim nu este la fel de eficient ca şi capacitatea înnăscută a organismului de a regla glicemia.
O abordare mai viabilă ar fi aceea de a transplanta celule capabile să producă insulină la detectarea unor niveluri ridicate de zahăr în sânge.
Un număr de pacienţi diabetici au primit transplanturi de celule de la donatori decedaţi pentru a-şi gestiona afecţiunea.
Totuşi, pentru ca aceste transplanturi să fie eficiente, pacienţii au nevoie de administrarea concomitentă de medicamente imunosupresoare pentru a preveni respingerea.
O altă abordare pentru a ocoli necesitatea medicamentelor imunosupresoare implică încapsularea celulelor transplantate într-un dispozitiv de protecţie care le protejează de sistemul imunitar.
O provocare a acestei strategii este asigurarea unei aprovizionări constante cu oxigen pentru aceste celule protejate. Unele mecanisme existente sunt echipate cu o cameră de oxigen, dar aceasta necesită reumpleri regulate.
Având în vedere acest lucru, echipa de la MIT s-a străduit să conceapă un dispozitiv capabil să producă o alimentare nesfârşită cu oxigen.
Aceştia au încorporat în dispozitiv o membrană de schimb de protoni, o tehnologie utilizată iniţial pentru producerea de hidrogen în celulele de combustibil, pentru a separa moleculele de apă.
Membrana împarte vaporii de apă în hidrogen, care se disipează fără a provoca daune, şi oxigen, care este stocat într-o cameră, care alimentează apoi celulele insulare prin intermediul unei membrane subţiri, permeabile la oxigen.
În mod remarcabil, acest proces nu necesită nici cabluri, nici baterii, bazându-se doar pe o tensiune minimă de aproximativ doi volţi produsă prin „cuplarea inductivă rezonantă".
La exterior, o bobină magnetică, care ar putea fi purtată ca un plasture pe piele, alimentează fără fir o antenă internă, flexibilă, din cadrul dispozitivului.
Dispozitivul rezultat, comparabil ca dimensiune cu o monedă de 25 de cenţi (SUA), a fost supus unor teste pe şoareci diabetici.
Unui grup i s-a implantat dispozitivul integrat cu membrana producătoare de oxigen, în timp ce un alt grup a primit un dispozitiv cu celule insulare, dar lipsit de funcţia de generare a oxigenului.
Imaginea laturii catodice a dispozitivului O2-Macrodevice complet asamblat, cu o monedă de un sfert de dolar din Statele Unite ale Americii la scară. Credit imagine, Claudia Liu şi Dr. Siddharth Krishnan, MIT/Boston Children's Hospital.
După implantarea dispozitivelor chiar sub pielea şoarecilor - fiecare dintre ei posedând un sistem imunitar complet operaţional - s-a observat că animalele cu mecanism de producere a oxigenului au menţinut niveluri de zahăr în sânge asemănătoare cu cele ale omologilor sănătoşi.
În schimb, şoarecii cu dispozitivul care nu producea oxigen au prezentat niveluri ridicate de zahăr în sânge, devenind hiperglicemici în aproximativ două săptămâni.
„Vă puteţi gândi la acest dispozitiv ca la un dispozitiv medical viu care este realizat din celule umane care secretă insulină, împreună cu un sistem electronic de susţinere a vieţii", a declarat într-un comunicat al universităţii, Daniel Anderson, autor principal al studiului, profesor la departamentul de inginerie chimică al MIT, membru al Institutului Koch pentru cercetare integrativă a cancerului şi al Institutului pentru inginerie şi ştiinţă medicală (IMES) din cadrul MIT.
Cercetătorii sunt entuziasmaţi de progresele înregistrate până acum şi sunt cu adevărat optimişti că această tehnologie ar putea ajunge să ajute pacienţii
„Marea majoritate a diabeticilor care sunt insulino-dependenţi îşi injectează insulină şi fac tot ce pot, dar nu au niveluri sănătoase de zahăr în sânge", adaugă Anderson.
„Dacă ne uitămla nivelul lor de zahăr din sânge, chiar şi pentru persoanele care sunt foarte dedicate să fie atente, pur şi simplu nu pot egala ceea ce poate face un pancreas viu".
În mod obişnuit, atunci când un dispozitiv medical este implantat în organism, atacurile sistemului imunitar duc la acumularea unui ţesut cicatricial numit fibroză, care poate reduce eficacitatea unui dispozitiv.
Acest ţesut cicatricial s-a format în jurul implanturilor utilizate în cadrul studiului, dar succesul dispozitivului în ceea ce priveşte controlul nivelurilor de glucoză din sânge sugerează că insulina a fost în continuare capabilă să se difuzeze în afara dispozitivului, iar glucoza în el.
Abordarea nou dezvoltată ar putea fi utilizată şi pentru a livra celule care produc alte tipuri de proteine necesare pe perioade lungi de timp, iar cercetătorii de la MIT au arătat că dispozitivul lor ar putea, de asemenea, să menţină în viaţă celulele care produc eritropoietină - o proteină care stimulează producţia de globule roşii.
„Suntem optimişti că va fi posibil să realizăm dispozitive medicale vii care pot să locuiască în organism şi să producă medicamente în funcţie de necesităţi", spune Anderson.
Potrivit acestuia, există o varietate de boli în care pacienţii trebuie să ia proteine exogene, uneori foarte frecvent.
„Dacă putem înlocui nevoia de perfuzii o dată la două săptămâni cu un singur implant care poate acţiona pentru o perioadă lungă de timp, cred că acest lucru ar putea ajuta cu adevărat o mulţime de pacienţi", adaugă cercetătorul.
Echipa de la MIT intenţionează acum să testeze dispozitivul pe animale mai mari şi apoi, pe oameni.
Materialele folosite sunt stabile şi de lungă durată, astfel încât echipa speră că acest tip de funcţionare pe termen lung este un domeniu posibil, spune autorul principal şi cercetător ştiinţific la MIT, Siddharth Krishnan.
„Suntem foarte entuziasmaţi de aceste descoperiri, care credem că ar putea oferi o modalitate complet nouă de a trata într-o zi diabetul şi, eventual, alte boli", conchide Robert Langer, profesor la Institutul David H. Koch de la MIT şi membru al Institutului Koch.
