โรคเบาหวาน

Omid Veiseh วิศวกรชีวภาพของมหาวิทยาลัยไรซ์และผู้ทำงานร่วมกันได้ระบุสูตรวัสดุชีวภาพใหม่ที่สามารถช่วยเปลี่ยนหน้าการรักษาโรคเบาหวานประเภท 1 เปิดประตูสู่วิธีการจัดการกับโรคที่ยั่งยืนในระยะยาวและควบคุมตนเองได้มากขึ้น ในการดำเนินการดังกล่าว พวกเขาได้พัฒนาเทคนิคการคัดกรองแบบใหม่ที่เกี่ยวข้องกับการติดแท็กสูตรชีววัสดุแต่ละรายการในคลังข้อมูลหลายร้อยรายการด้วย "บาร์โค้ด" ที่ไม่ซ้ำกัน ก่อนที่จะฝังลงในอาสาสมัครที่มีชีวิต จากการศึกษาในNature Biomedical Engineeringการใช้หนึ่งในสูตรผสมอัลจิเนตเพื่อห่อหุ้มเซลล์เกาะเล็กเกาะน้อยที่หลั่งอินซูลินของมนุษย์ จะช่วยควบคุมระดับน้ำตาลในเลือดในระยะยาวของหนูที่เป็นเบาหวาน สายสวนที่เคลือบด้วยวัสดุประสิทธิภาพสูงอีก 2 ชนิดไม่ทำให้อุดตัน "งานนี้ได้รับแรงบันดาลใจจากความต้องการที่ไม่ได้รับการตอบสนอง" Veiseh ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวภาพและสถาบันวิจัยและป้องกันมะเร็งแห่งเท็กซัสของ Rice กล่าว "ในผู้ป่วยเบาหวานชนิดที่ 1 ระบบภูมิคุ้มกันของร่างกายจะโจมตีเซลล์ที่ผลิตอินซูลินในตับอ่อน เมื่อเซลล์เหล่านั้นถูกฆ่าตาย ผู้ป่วยจะสูญเสียความสามารถในการควบคุมระดับน้ำตาลในเลือด" เป็นเวลาหลายทศวรรษที่นักวิทยาศาสตร์ทำงานเพื่อสิ่งที่ Veiseh เรียกว่า "จอกศักดิ์สิทธิ์" เป้าหมายในการสร้างที่อยู่อาศัยของเซลล์เกาะเล็กเกาะน้อยภายในเมทริกซ์ที่มีรูพรุนซึ่งทำจากวัสดุป้องกันซึ่งจะช่วยให้เซลล์สามารถเข้าถึงออกซิเจนและสารอาหารได้โดยไม่ถูกขัดขวางโดยระบบภูมิคุ้มกันของโฮสต์ " อย่างไรก็ตาม โรคเบาหวาน วัสดุที่มีความเข้ากันได้ทางชีวภาพที่ดีที่สุดได้รับการพิสูจน์แล้วว่าหายากมาก เนื่องจากส่วนหนึ่งมาจากข้อจำกัดในการคัดกรอง ในแง่หนึ่ง การตอบสนองของระบบภูมิคุ้มกันต่อวัสดุชีวภาพที่ปลูกถ่ายสามารถประเมินได้ในโฮสต์ที่มีชีวิตเท่านั้น "ปัญหาคือการตอบสนองของภูมิคุ้มกันจำเป็นต้องตรวจสอบภายในร่างกายของหนูที่เป็นเบาหวานเหล่านี้ ไม่ใช่ในหลอดทดลอง" Boram Kim นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจากห้องทดลอง Veiseh และผู้ร่วมวิจัยกล่าว "นั่นหมายความว่าหากคุณต้องการคัดกรองโมเลกุลอัลจิเนตหลายร้อยโมเลกุลเหล่านี้ คุณจะต้องมีสัตว์ทดลองหลายร้อยตัว แนวคิดของเราคือการคัดกรองวัสดุชีวภาพหลายร้อยชนิดพร้อมกันในวิชาทดสอบเดียวกัน" ในทางกลับกัน สูตรของวัสดุชีวภาพที่แตกต่างกันจะมีลักษณะเหมือนกัน ทำให้ไม่สามารถระบุสิ่งที่มีประสิทธิภาพสูงได้หากไม่มีลักษณะเฉพาะบางประการ สิ่งนี้ทำให้การทดสอบวัสดุชีวภาพมากกว่าหนึ่งรายการต่อโฮสต์ไม่สามารถทำได้ "พวกเขาเป็นวัสดุที่แตกต่างกัน แต่มีลักษณะเหมือนกัน" Veiseh กล่าว "และเมื่อฝังเข้าไปในร่างกายของผู้รับการทดลองแล้วนำออกมาอีกครั้ง เราจะไม่สามารถแยกความแตกต่างระหว่างวัสดุและเราจะไม่สามารถระบุได้ว่าสูตรวัสดุใดทำงานได้ดีที่สุด" เพื่อเอาชนะข้อจำกัดเหล่านี้ Veiseh และผู้ทำงานร่วมกันได้คิดค้นวิธีติดแท็กสูตรผสมอัลจิเนตแต่ละสูตรด้วย 'บาร์โค้ด' ที่ไม่ซ้ำกัน ซึ่งทำให้พวกเขาระบุสูตรที่ทำงานได้ดีที่สุด "เราจับคู่วัสดุชีวภาพที่ได้รับการดัดแปลงแต่ละชนิดกับเซลล์บุผนังหลอดเลือดสายสะดือของมนุษย์ (HUVEC) จากผู้บริจาครายอื่น" คิมกล่าว "เซลล์ HUVEC เนื่องจากเซลล์เหล่านี้มาจากผู้บริจาคที่ไม่ซ้ำกัน จึงทำหน้าที่เป็นบาร์โค้ดที่ช่วยให้เราสามารถบอกได้ว่าวัสดุใดถูกนำมาใช้ในขั้นต้น" Veiseh กล่าวเสริม "ผู้ชนะคือคนที่มีเซลล์ที่มีชีวิตอยู่ในเซลล์ เมื่อเราพบเซลล์เหล่านี้แล้ว เราก็จัดลำดับจีโนมของเซลล์เหล่านั้นและหาว่าวัสดุชนิดใดที่จับคู่กับเซลล์ได้ นั่นคือวิธีที่เราค้นพบเพลงฮิตที่ยิ่งใหญ่ที่สุด" กำลังดำเนินการทดลองใช้เซลล์เกาะเล็กเกาะน้อยที่ได้จากสเต็มเซลล์ในผู้ป่วยเบาหวาน อย่างไรก็ตาม การรักษาเกาะเล็กเกาะน้อยในปัจจุบันจำเป็นต้องมีการกดภูมิคุ้มกัน ทำให้เป็นวิธีการที่ต้องเสียภาษีในการรักษาเบาหวานประเภทที่ 1 "ในปัจจุบัน เพื่อที่จะใช้เซลล์ไอส์เลตที่ฝังไว้ในผู้ป่วยเบาหวาน คุณต้องระงับระบบภูมิคุ้มกันทั้งหมด เหมือนกับว่าคุณกำลังพยายามปลูกถ่ายอวัยวะ" Veiseh กล่าว "นั่นมาพร้อมกับภาวะแทรกซ้อนมากมายสำหรับผู้ป่วย "พวกเขาสามารถพัฒนาเป็นมะเร็งได้ พวกเขาไม่สามารถต่อสู้กับการติดเชื้อได้ ดังนั้นสำหรับผู้ป่วยส่วนใหญ่ ควรทำการบำบัดด้วยอินซูลินจริง ๆ โดยที่พวกเขาฉีดเข้าไปเอง ด้วยกลยุทธ์การห่อหุ้มด้วยวัสดุชีวภาพนี้ ไม่จำเป็นต้องกดภูมิคุ้มกัน" การวางเซลล์ HUVEC จริงไว้ในแคปซูลวัสดุชีวภาพจะเพิ่มโอกาสที่ระบบภูมิคุ้มกันของโฮสต์จะตรวจพบสิ่งแปลกปลอม สิ่งนี้ทำให้การทดลองมีประสิทธิภาพมากกว่าการทดสอบการตอบสนองทางภูมิคุ้มกันต่อวัสดุชีวภาพเพียงอย่างเดียว "เราต้องการทดสอบห้องสมุดของวัสดุเหล่านี้ ด้วยแรงกดดันในการเลือกเซลล์ภายในเม็ดบีด ซึ่งทำให้ระบบภูมิคุ้มกันไม่สังเกตเห็นวัสดุได้ยากขึ้น" Veiseh กล่าว "มีความสนใจอย่างมากจากผู้ผลิตเซลล์ไอส์เล็ตทั้งหมดเพื่อให้สามารถกำจัดภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่อง และใช้เมทริกซ์ไฮโดรเจลอัลจิเนตเหล่านี้แทนเพื่อปกป้องเซลล์ที่ปลูกถ่าย" แนวทางใหม่ "บาร์โค้ด" ที่ให้ปริมาณงานสูงสามารถนำไปใช้เพื่อคัดกรองแอปพลิเคชันทางการแพทย์อื่น ๆ โดยใช้อาสาสมัครที่ทำการทดสอบจริงน้อยลง Veiseh กล่าวว่า "นั่นทำให้โครงการอื่น ๆ ในห้องทดลองของฉันทำการผลิตสารชีวภาพจากเซลล์สำหรับบ่งชี้โรคอื่น ๆ "การปรับเปลี่ยนแบบเดียวกันนี้สามารถใช้ได้กับวัสดุทุกประเภทที่เข้าสู่ร่างกาย ซึ่งไม่ได้จำกัดเฉพาะการปลูกถ่ายเซลล์เท่านั้น เทคโนโลยีที่เราพัฒนาขึ้นสามารถจับคู่กับแนวคิดของอุปกรณ์ต่างๆ ได้มากมาย "ตัวอย่างเช่น ผู้ป่วยเบาหวานบางรายใช้ระบบปั๊มอัตโนมัติเพื่อจ่ายอินซูลินด้วยตัวเอง สายสวนในระบบปั๊มเหล่านั้นต้องเปลี่ยนทุกสองสามวันเพราะอุดตัน เราสามารถแสดงให้เห็นว่าการเคลือบสายสวนด้วยวัสดุใหม่เหล่านี้ป้องกันการอุดตัน " ดร. José Oberholzer ศัลยแพทย์ปลูกถ่ายและวิศวกรชีวภาพแห่งมหาวิทยาลัยเวอร์จิเนียกล่าวว่า "ด้วยเทคโนโลยีบาร์โค้ดที่ใช้เซลล์แบบใหม่นี้ การวิจัยวัสดุชีวภาพได้รับการส่งเสริมอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ซึ่งจะช่วยเร่งการแปลเป็นผลิตภัณฑ์ที่เกี่ยวข้องทางคลินิก . "นี่เป็นการเปลี่ยนกระบวนทัศน์ที่แท้จริง ด้วยวิธีนี้ ตอนนี้เราสามารถคัดกรองวัสดุชีวภาพได้หลายร้อยรายการในคราวเดียว และเลือกวัสดุที่ร่างกายมนุษย์ไม่ปฏิเสธ เราสามารถปกป้องการปลูกถ่ายเซลล์จากการจู่โจมของระบบภูมิคุ้มกัน โดยไม่ต้องกดภูมิคุ้มกัน ยา" Oberholzer กล่าวเสริม David Zhang อดีตศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมชีวภาพของ Rice และ CEO ของ NuProbe US ปัจจุบันกล่าวว่า "การจัดลำดับดีเอ็นเอที่มีปริมาณงานสูงได้ปฏิวัติสาขาชีวการแพทย์จำนวนมาก" "ฉันยินดีที่ได้ร่วมงานกับ Omid เพื่อพัฒนาวัสดุชีวภาพที่ได้รับการปรับปรุงโดยใช้ความเชี่ยวชาญของทีมฉันในด้านการจัดลำดับดีเอ็นเอ" Zhang ผู้ร่วมวิจัยในทุนดังกล่าวกล่าวเสริม "วัสดุชีวภาพที่ได้รับการปรับปรุงเหล่านี้สามารถช่วยให้การบำบัดด้วยเซลล์ฝังที่ทนทานสามารถทำหน้าที่เป็นโรงงานผลิตยาที่มีชีวิตได้ และอาจส่งผลกระทบในทางบวกต่อผู้ป่วยที่มีโรคเรื้อรังหลากหลายชนิด"