Инженеры Массачусетского технологического института (MIT) разработали новое имплантируемое устройство, которое содержит в себе клетки, производящие инсулин, а также крошечную фабрику по производству кислорода, поддерживающую здоровье клеток, сообщает MIT. Статья с описанием устройства опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Большинству пациентов с диабетом 1 типа необходимо тщательно контролировать уровень глюкозы в крови и делать себе инъекции инсулина не реже одного раза в день. Однако этот процесс не повторяет естественную способность организма контролировать уровень глюкозы в крови.
Один из методов лечения — это имплантация островковых клеток поджелудочной железы, которые могут вырабатывать инсулин при необходимости, что может избавить пациентов от частых инъекций. Однако этот метод не идеален: после имплантации у клеток в конечном итоге заканчивается кислород и они перестают вырабатывать инсулин.
Ученые Массачусетского технологического института применили другой подход: они разработали устройство, которое может генерировать кислород бесконечно, расщепляя воду. Для этого внутри имплантата они разместили протонообменную мембрану, которая может расщеплять водяной пар (в изобилии присутствующий в организме) на водород и кислород. Последний поступает в «камеру хранения», питающую островковые клетки через тонкую, проницаемую для кислорода мембрану.
Устройство работает без проводов или батареек. Для расщепления водяного пара требуется небольшое напряжение (около двух вольт), которое генерируется с помощью явления, известного как резонансная индуктивная связь. Настроенная магнитная катушка, расположенная снаружи тела, передает энергию на небольшую гибкую антенну внутри устройства, обеспечивая беспроводную передачу энергии. Для этого требуется внешняя катушка, которую, как ожидают исследователи, можно будет носить как пластырь на коже пациента.
Разработчики протестировали свое устройство на мышах с диабетом. Одной группе животных встроили устройство с мембраной, генерирующей кислород, а другой группе — устройство, содержащее островковые клетки без какого-либо дополнительного кислорода. Их имплантировали прямо под кожу мышам с полностью функциональной иммунной системой.
Исследователи обнаружили, что мыши из первой группы смогли поддерживать нормальный уровень глюкозы в крови в течение как минимум месяца. Однако у мышей, получивших неоксигенированное устройство, примерно через две недели развилась гипергликемия (с повышенным уровнем сахара в крови).
Обычно, когда в организм имплантируется какое-либо медицинское устройство, иммунная система начинает его атаковать — и накапливается рубцовая ткань, фиброз, что может снизить эффективность устройства. В этом исследовании фиброз также образовался вокруг имплантатов, но это не остановило работу устройства, которое продолжало выделять инсулин.
Теперь исследователи надеются создать более крупную версию устройства размером с жевательную резинку, которую можно будет протестировать на людях с диабетом 1 типа. Авторы добавляют, что аналоги такого устройства также можно адаптировать для лечения других заболеваний, требующих повторной доставки терапевтических белков.
[Фото: Claudia Liu and Dr. Siddharth Krishnan, MIT/Boston Children’s Hospital]
