อุปกรณ์ฝังรากเทียมที่ปล่อยอินซูลินเข้าสู่ร่างกายถือเป็นอีกทางเลือกหนึ่งในการรักษาโรคเบาหวานโดยไม่ต้องฉีดอินซูลินหรือสอดสายแคนนูลา อย่างไรก็ตาม อุปสรรคประการหนึ่งที่ขัดขวางการใช้งานจนถึงขณะนี้คือระบบภูมิคุ้มกันโจมตีพวกเขาหลังจากการฝัง ทำให้เกิดชั้นเนื้อเยื่อแผลเป็นหนาที่ขัดขวางการหลั่งอินซูลิน
ปรากฏการณ์นี้เรียกว่าการตอบสนองของร่างกายต่อสิ่งแปลกปลอม ยังสามารถรบกวนอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ฝังได้หลายประเภท อย่างไรก็ตาม ทีมวิศวกรของ MIT และผู้ทำงานร่วมกันได้คิดค้นวิธีที่จะเอาชนะการตอบสนองนี้ ในการศึกษาหนู พวกเขาแสดงให้เห็นว่าเมื่อรวมการกระตุ้นทางกลเข้ากับอุปกรณ์หุ่นยนต์แบบนิ่ม อุปกรณ์ดังกล่าวยังคงทำงานได้นานกว่าการปลูกถ่ายยาทั่วไป
นักวิจัยพบว่าอุปกรณ์ถูกเป่าลมและปล่อยลมหลายครั้งเป็นเวลา 5 นาทีทุกๆ 12 ชั่วโมง และการโก่งตัวทางกลนี้ช่วยป้องกันไม่ให้เซลล์ภูมิคุ้มกันสะสมรอบอุปกรณ์
Ellen Roche, Latham Family Career Development Associate กล่าวว่า “เรากำลังใช้การเคลื่อนไหวประเภทนี้เพื่อยืดอายุและประสิทธิภาพของแหล่งกักเก็บที่ฝังไว้ซึ่งสามารถส่งยา เช่น อินซูลินได้ และเราคิดว่าแพลตฟอร์มนี้สามารถขยายได้นอกเหนือจากแอปพลิเคชันนี้” ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมเครื่องกลและสมาชิกสถาบันวิศวกรรมการแพทย์และวิทยาศาสตร์ของ MIT
ในบรรดาการใช้งานที่เป็นไปได้อื่น ๆ ขณะนี้นักวิจัยวางแผนที่จะดูว่าสามารถใช้อุปกรณ์ดังกล่าวเพื่อส่งเซลล์ตับอ่อนที่สามารถทำหน้าที่เป็น “ตับอ่อนเทียมทางชีวภาพ” เพื่อช่วยรักษาโรคเบาหวานได้หรือไม่
Roche เป็นผู้ร่วมวิจัยอาวุโสของการศึกษาครั้งนี้ โดยมี Eimear Dolan อดีต postdoc ในห้องทดลองของเธอ ซึ่งปัจจุบันเป็นอาจารย์ประจำมหาวิทยาลัยแห่งชาติไอร์แลนด์ที่ Galway Garry Duffy ซึ่งเป็นศาสตราจารย์ที่ NUI Galway เป็นผู้ร่วมงานหลักในงานนี้ ซึ่งปรากฏในNature Communications MIT postdocs William Whyte และ Debkalpa Goswami และนักวิชาการที่มาเยี่ยม Sophie Wang เป็นผู้เขียนหลักของบทความนี้
ปรับเซลล์ภูมิคุ้มกัน
ผู้ป่วยส่วนใหญ่ที่เป็นเบาหวานชนิดที่ 1 และบางรายที่เป็นเบาหวานชนิดที่ 2 ต้องฉีดอินซูลินด้วยตนเองทุกวัน ผู้ป่วยบางรายใช้ปั๊มอินซูลินแบบสวมใส่ได้ซึ่งติดอยู่กับผิวหนังและส่งอินซูลินผ่านท่อที่สอดใต้ผิวหนัง หรือแผ่นแปะที่สามารถส่งอินซูลินได้โดยไม่ต้องใช้ท่อ
เป็นเวลาหลายปีที่นักวิทยาศาสตร์ได้พัฒนาอุปกรณ์ส่งอินซูลินที่สามารถฝังอยู่ใต้ผิวหนังได้ อย่างไรก็ตาม แคปซูลที่มีเส้นใยซึ่งก่อตัวขึ้นรอบๆ อุปกรณ์ดังกล่าวอาจทำให้อุปกรณ์ล้มเหลวได้ภายในไม่กี่สัปดาห์หรือหลายเดือน
นักวิจัยได้ลองใช้วิธีการต่างๆ มากมายเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดเนื้อเยื่อแผลเป็นชนิดนี้ รวมถึงการให้ยากดภูมิคุ้มกันในท้องถิ่น ทีมงานของ MIT ใช้แนวทางที่แตกต่างออกไปซึ่งไม่ต้องใช้ยาใดๆ แทน รากฟันเทียมของพวกเขามีอุปกรณ์หุ่นยนต์แบบอ่อนที่ทำงานด้วยกลไกซึ่งสามารถสูบลมและปล่อยลมได้ ในการศึกษาปี 2019โรชและเพื่อนร่วมงานของเธอ (โดยมี Dolan เป็นผู้เขียนคนแรก) แสดงให้เห็นว่าการสั่นแบบนี้สามารถปรับเปลี่ยนวิธีที่เซลล์ภูมิคุ้มกันในบริเวณใกล้เคียงตอบสนองต่ออุปกรณ์ที่ฝังไว้
ในการศึกษาครั้งใหม่นี้ นักวิจัยต้องการดูว่าผลการกระตุ้นภูมิคุ้มกันนั้นสามารถช่วยปรับปรุงการส่งยาได้หรือไม่ พวกเขาสร้างอุปกรณ์สองห้องที่ทำจากโพลียูรีเทน ซึ่งเป็นพลาสติกที่มีความยืดหยุ่นใกล้เคียงกับเมทริกซ์นอกเซลล์ที่ล้อมรอบเนื้อเยื่อ ห้องหนึ่งทำหน้าที่เป็นอ่างเก็บน้ำยา และอีกห้องหนึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นแบบนุ่มและพองได้ การใช้ตัวควบคุมภายนอก นักวิจัยสามารถกระตุ้นตัวกระตุ้นเพื่อขยายและปล่อยลมตามกำหนดเวลาที่กำหนด สำหรับการศึกษานี้ พวกเขาดำเนินการกระตุ้นทุกๆ 12 ชั่วโมง ครั้งละห้านาที
การกระตุ้นทางกลนี้จะขับเซลล์ภูมิคุ้มกันที่เรียกว่านิวโทรฟิลออกไป ซึ่งเป็นเซลล์ที่เริ่มต้นกระบวนการที่นำไปสู่การก่อตัวของเนื้อเยื่อแผลเป็น เมื่อนักวิจัยฝังอุปกรณ์เหล่านี้ในหนู พวกเขาพบว่าต้องใช้เวลานานกว่ามากในการสร้างเนื้อเยื่อแผลเป็นรอบๆ อุปกรณ์ เนื้อเยื่อแผลเป็นก่อตัวในที่สุด แต่โครงสร้างของมันผิดปกติ: แทนที่จะเป็นเส้นใยคอลลาเจนที่พันกันซึ่งสร้างขึ้นรอบ ๆ อุปกรณ์แบบคงที่เส้นใยคอลลาเจนที่อยู่รอบ ๆ อุปกรณ์กระตุ้นนั้นมีความสอดคล้องกันมากขึ้นซึ่งนักวิจัยเชื่อว่าอาจช่วยให้โมเลกุลของยาผ่านเนื้อเยื่อได้
“ในระยะสั้น เราจะเห็นว่ามีนิวโทรฟิลรอบๆ อุปกรณ์ในเนื้อเยื่อน้อยลง และจากนั้นในระยะยาว เราจะเห็นว่าโครงสร้างคอลลาเจนมีความแตกต่างกัน ซึ่งอาจเกี่ยวข้องกับสาเหตุที่เรามีการส่งยาที่ดีขึ้นตลอดช่วงอายุแปดขวบ ช่วงเวลาหนึ่งสัปดาห์” วังกล่าว
การส่งมอบยาอย่างต่อเนื่อง
เพื่อแสดงให้เห็นถึงประโยชน์ที่เป็นไปได้ของอุปกรณ์นี้ นักวิจัยได้แสดงให้เห็นว่าสามารถใช้เพื่อส่งอินซูลินในหนูได้ อุปกรณ์นี้ได้รับการออกแบบเพื่อให้อินซูลินสามารถค่อยๆ ไหลออกทางรูขุมในอ่างเก็บน้ำยา หรือถูกปล่อยออกมาในปริมาณมากที่ควบคุมโดยตัวกระตุ้น
นักวิจัยประเมินประสิทธิภาพของการหลั่งอินซูลินโดยการวัดการเปลี่ยนแปลงระดับน้ำตาลในเลือดของหนูในเวลาต่อมา พวกเขาพบว่าในหนูที่มีอุปกรณ์กระตุ้น การส่งอินซูลินอย่างมีประสิทธิภาพจะคงอยู่ตลอดแปดสัปดาห์ของการศึกษา อย่างไรก็ตาม ในหนูที่ไม่ได้รับการกระตุ้น ประสิทธิภาพการนำส่งเริ่มลดลงหลังจากผ่านไปเพียงสองสัปดาห์ และหลังจากแปดสัปดาห์ แทบไม่มีอินซูลินที่สามารถผ่านแคปซูลเส้นใยได้
ผู้เขียนยังได้สร้างอุปกรณ์ขนาดเท่ามนุษย์ขนาด 120 มม. x 80 มม. และแสดงให้เห็นว่าสามารถฝังลงในช่องท้องของซากศพมนุษย์ได้สำเร็จ
Goswami กล่าวว่า “นี่เป็นข้อพิสูจน์แนวความคิดที่แสดงให้เห็นว่ามีเทคนิคการผ่าตัดที่มีการบุกรุกน้อยที่สุดซึ่งอาจใช้กับอุปกรณ์ขนาดใหญ่กว่ามนุษย์ได้
การทำงานร่วมกับเจฟฟรีย์ มิลล์แมนแห่งคณะแพทยศาสตร์มหาวิทยาลัยวอชิงตันในเมืองเซนต์หลุยส์ ขณะนี้นักวิจัยวางแผนที่จะปรับอุปกรณ์ดังกล่าวเพื่อนำไปใช้ในการส่งเซลล์ตับอ่อนที่ได้รับจากสเต็มเซลล์ ซึ่งจะตรวจจับระดับกลูโคสและหลั่งอินซูลินเมื่อกลูโคสเป็น สูงเกินไป. การปลูกถ่ายดังกล่าวสามารถลดความจำเป็นที่ผู้ป่วยจะต้องวัดระดับกลูโคสและฉีดอินซูลินอย่างต่อเนื่อง
“แนวคิดก็คือเซลล์จะอาศัยอยู่ในอ่างเก็บน้ำ และพวกมันจะทำหน้าที่เป็นโรงงานอินซูลิน” โรชกล่าว “พวกเขาจะตรวจพบระดับน้ำตาลในเลือดแล้วปล่อยอินซูลินตามความจำเป็น”
การใช้งานที่เป็นไปได้อื่นๆ ที่นักวิจัยได้สำรวจสำหรับอุปกรณ์ประเภทนี้ ได้แก่ การให้ภูมิคุ้มกันบำบัดเพื่อรักษามะเร็งรังไข่ และการนำส่งยาไปยังหัวใจเพื่อป้องกันภาวะหัวใจล้มเหลวในผู้ป่วยที่หัวใจวาย
“คุณสามารถจินตนาการได้ว่าเราสามารถใช้เทคโนโลยีนี้กับสิ่งใดก็ตามที่ขัดขวางการตอบสนองของร่างกายจากสิ่งแปลกปลอมหรือแคปซูลที่มีเส้นใย และมีผลในระยะยาว” โรชกล่าว “ฉันคิดว่าอุปกรณ์นำส่งยาฝังใด ๆ จะได้รับประโยชน์”
งานวิจัยบางส่วนได้รับทุนสนับสนุนจากมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งไอร์แลนด์ มูลนิธิวิจัยโรคเบาหวานเด็กและเยาวชน และสถาบันสุขภาพแห่งชาติ
