تولید دائمی دارو در بدن امکان‌پذیر شد

به گزارش خبرنگار خبرگزاری علم وفناوری آنا، محققان دانشگاه نورث وسترن دستگاهی ساخته اند که برای زنده نگه داشتن سلول‌ها در یک سامانه داروسازی زنده قابل کاشت، اکسیژن تولید می‌کند. هدف این سامانه داروسازی تولید مستقل دارو‌ها برای تنظیم چرخه خواب _ بیداری است.

دستگاه جدید می‌تواند نتایج درمان‌های مبتنی بر سلول را بهبود بخشد.

در سال ۲۰۲۱، گروهی از محققان به سرپرستی دانشگاه نورث وسترن، قراردادی به ارزش ۳۳ میلیون دلار با آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی آمریکا (دارپا) برای توسعه یک سامانه داروسازی زنده قابل کاشت برای کنترل چرخه خواب_بیداری بدن انسان منعقد کرد. اکنون محققان گام بزرگی را در جهت دستیابی به این هدف تکمیل کرده اند.

در این پروژه جدید، دانشمندان دستگاه جدیدی ابداع کرده‌اند که اکسیژن را در محل تولید می‌کند تا سلول‌ها را در داخل ایمپلنت مستقل، زنده نگه دارد. اکسیژن یک عنصر اصلی برای زنده نگه داشتن و رشد سلول‌ها برای مدت طولانی در داخل سامانه داروسازی قابل کاشت است. از آنجایی که سلول‌ها می‌توانند طولانی‌تر زنده و سالم بمانند، مدت طولانی‌تری می‌توانند به طور مستقل دارو‌های درمانی برای بدن تولید کنند.

محققان موفق شدند از الکتریسیته برای تجزیه آبی که سلول‌ها قبلاً در آن شسته شده اند، اکسیژن تولید کرده و در عین حال از تولید محصولات جانبی مضر مانند کلر یا پراکسید هیدروژن جلوگیری کنند. آن‌ها همچنین توانستند با کنترل میزان الکتریسیته مصرفی، مقدار اکسیژن تولید شده را تغییر دهند.

در آزمایش‌های جدید، این دستگاه بدیع موسوم به «اکسیژناتور الکتروکاتالیستی در محل» یا «ecO۲» توانست (۷۰ تا ۸۰ درصد) سلول‌ها را نزدیک به یک ماه در شرایط کم اکسیژن آزمایشگاهی یا هفته‌ها در داخل بدن زنده نگه دارد. این در حالی است که بدون ecO ۲، تنها حدود ۲۰ درصد از سلول‌ها پس از ۱۰ روز زنده ماندند. البته تصور محققان بر این است که این سلول‌ها مدت‌ها قبل از آن، توانایی خود را برای ترشح دارو از دست می‌دهند.

دانشمندان بر این باورند با پیشرفت در برق و ارتباطات بی سیم، عملیات داروسازی طولانی‌تر طی چندین ماه یا بیشتر در بدن امکان پذیر شود.

تأثیر بالقوه بر درمان‌های مبتنی بر سلول
«جاناتان ریونای» «Jonathan Rivnay» مجری این تحقیقات از نورث وسترن، گفت: این دستگاه را می‌توان برای بهبود نتایج درمان‌های مبتنی بر سلول که از سلول‌های زیستی برای درمان بیماری‌ها یا آسیب‌های بدن استفاده می‌کند، به کار برد. درمان‌های مبتنی بر سلول، در جایگزینی بافت‌های آسیب‌دیده، دارو رسانی یا تقویت سازوکار‌های خود ترمیمی بدن کاربرد دارد و بنابراین فرصت‌هایی را برای بهبود زخم و درمان‌های چاقی، دیابت و سرطان فراهم می‌کند.

تولید اکسیژن در محل برای بسیاری از این سلول درمانی‌های «بیوهیبرید» حیاتی است. ما به سلول‌های زیادی نیاز داریم تا مواد درمانی کافی از آن سلول‌ها تولید کنیم، بنابراین نیاز متابولیک بالایی وجود دارد. رویکرد ما دستگاه ecO ۲ را برای تولید اکسیژن از خود آب ادغام می‌کند.

آینده دستگاه‌های قابل کاشت دارو رسان

در نهایت، هدف راهبرد «سامانه داروسازی زنده» قابل کاشت، توسعه دستگاه‌هایی است که هرگز داروهایشان تمام نشود. در این صورت، مردم هرگز نگران این نخواهند بود که داروی خود را مصرف کنند یا دارو‌های تزریقی خود را به خاطر بسپارند. اما برای اینکه این کار با موفقیت کار کند، ایمپلنت باید برای مدت طولانی بدون نیاز به پر کردن مجدد دوام بیاورد.

محققان نورث وسترن در پروژه ترکیب زیست شناسی مصنوعی و بیوالکترونیک با همکاری «امید ویسه» استاد ایرانی الاصل مهندسی زیست پزشکی دانشگاه رایس، ایمپلنت تولید دارو‌ها در محل را رهبری می‌کنند.

زنده نگه داشتن این سلول‌های مهندسی شده گامی مهم در توسعه این دستگاه‌های بالقوه نجات دهنده است.

اگرچه تحقیقات قبلی استراتژی‌هایی را برای رساندن اکسیژن به سلول‌ها بررسی کرده‌اند، اما در این روش‌ها از تجهیزات بزرگی استفاده می‌شود که کاربرد آن‌ها در داخل بدن انسان غیرعملی است.

شیوه نوآورانه تقسیم آب

برای دور زدن نیاز به تجهیزات غیرعملی، محققان به تجزیه آب به عنوان یک راهبرد محبوب برای تبدیل و ذخیره انرژی روی آوردند. به عنوان مثال، سایر محققان تجزیه آب به هیدروژن و اکسیژن را به منظور استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت بررسی کرده اند. با این حال، این فناوری‌ها بر تجزیه آب در شرایط قلیایی یا اسیدی تمرکز دارند.

از سوی دیگر دانش پژوهان نورث وسترن بیشتر به تولید اکسیژن در شرایطی مشابه با شرایط موجود در بدن انسان علاقه دارد.

راز پشت دستگاه جدید ecO ۲، اکسید ایریدیوم پراکنده شده است: یک الکتروکاتالیست موفق که در زمینه زیست پزشکی نیز استفاده شده. در داخل دستگاه، سلول‌ها در مایعی از آب، نمک و مواد مغذی زندگی می‌کنند.

اکسید ایریدیوم به تحریک یک واکنش الکتروشیمیایی در ولتاژ پایین کمک می‌کند تا با استفاده از آب موجود در زیست مایعات، اکسیژن را تحویل دهد. الکتریسیته آب را به هیدروژن و اکسیژن تجزیه می‌کند.

آزمایش و کاربرد‌ها

آزمایش‌ها انجام شده نشان داد ecO۲ اکسیژن کافی تولید کرد تا سلول‌های فشرده (۶۰۰۰۰ سلول در میلی‌متر مکعب) را در شرایط کم اکسیژن زنده نگه دارد. این نتایج ثابت می‌کند که دستگاه‌های ecO۲ را می‌توان به آسانی در پلتفرم‌های بیوالکترونیک ادغام کرد و بارگذاری سلولی بالا را در دستگاه‌های کوچک‌تر با کاربرد وسیع ممکن می‌سازد. بدون ecO۲، سلول‌های کنترل با مرگ سریع مواجه شدند.