עבור אנשים הסובלים מסוכרת מסוג 1, פיתוח היפוגליקמיה, או סוכר בדם נמוך, הוא איום שנמצא מתמיד. כאשר רמות הגלוקוז הופכות נמוכות ביותר, זה יוצר מצב מסכן חיים שעבורו הטיפול הסטנדרטי בטיפול מזריק הורמון הנקרא גלוקגון.
כגיבוי חירום, במקרים בהם חולים עשויים שלא להבין שסוכר הדם שלהם יורד לרמות מסוכנות, מהנדסי MIT עיצבו מאגר מושתל שיכול להישאר מתחת לעור ולהפעיל לשחרר את הגלוקגון כאשר רמות הסוכר בדם נדלדות מדי.
גישה זו יכולה לעזור גם במקרים בהם מתרחשת היפוגליקמיה במהלך השינה, או לילדים סוכרתיים שאינם מסוגלים לנהל זריקות בעצמם.
זהו מכשיר קטן ואירוע חירום שניתן להציב מתחת לעור, שם הוא מוכן לפעול אם סוכר הדם של המטופל יורד נמוך מדי. המטרה שלנו הייתה לבנות מכשיר שתמיד מוכן להגן על חולים מפני סוכר בדם נמוך. אנו חושבים שזה יכול גם לעזור להקל על הפחד מהיפוגליקמיה שמטופלים רבים והוריהם סובלים מהם. "
דניאל אנדרסון, פרופסור במחלקה להנדסה כימית של MIT, חבר במכון KOCH של MIT לחקר סרטן אינטגרטיבי ומכון להנדסה ומדע רפואי (IMES), ומחבר הבכיר של המחקר
החוקרים הראו כי ניתן להשתמש במכשיר זה גם כדי לספק מינון חירום של אפינפרין, תרופה המשמשת לטיפול בהתקפי לב ויכולה גם למנוע תגובות אלרגיות חמורות, כולל הלם אנפילקטי.
Siddharth Krishnan, לשעבר מדען מחקר MIT, שהוא כיום פרופסור להנדסת חשמל באוניברסיטת סטנפורד, הוא המחבר הראשי של המחקר, המופיע היום ב- הטבע הנדסה ביו -רפואית.
תגובת חירום
מרבית החולים עם סוכרת מסוג 1 משתמשים בזריקות אינסולין יומיות כדי לעזור לגופם לספוג סוכר ולמנוע את רמות הסוכר בדם שלהם להיות גבוהות מדי. עם זאת, אם רמות הסוכר בדם שלהם יורדות מדי, הן מפתחות היפוגליקמיה, מה שעלול להוביל לבלבול והתקפים, ועלול להיות קטלני אם זה לא מטופל.
כדי להילחם בהיפוגליקמיה, חלק מהמטופלים נושאים מזרקים שנטענו מראש של גלוקגון, הורמון שמעורר את הכבד לשחרור גלוקוז לזרם הדם. עם זאת, לא תמיד קל לאנשים, במיוחד לילדים, לדעת מתי הם הופכים להיפוגליקמיים.
"חלק מהמטופלים יכולים לחוש כאשר הם מקבלים סוכר בדם דל, וללכת לאכול משהו או לתת לעצמם גלוקגון", אומר אנדרסון. "אבל חלקם אינם מודעים לכך שהם היפוגליקמיים, והם יכולים פשוט להחליק לבלבול ותרדמת. זו גם בעיה כאשר המטופלים ישנים, מכיוון שהם מסתמכים על אזעקות חיישני גלוקוז כדי להעיר אותם כאשר הסוכר יורד נמוך מסוכן."
כדי להקל על נגד ההיפוגליקמיה, צוות ה- MIT יצא לתכנן מכשיר חירום שיכול להיות מופעל על ידי האדם המשתמש בו או אוטומטית על ידי חיישן.
המכשיר, שהוא בערך בגודל של רבע, מכיל מאגר תרופות קטן העשוי מפולימר מודפס בתלת מימד. המאגר אטום בחומר מיוחד המכונה סגסוגת זיכרון צורה, שניתן לתכנת כדי לשנות את צורתו בעת חימום. במקרה זה, החוקר השתמש בסגסוגת ניקל-טיטניום המתוכנת להתכרבל מלוח שטוח לצורת U כאשר מחוממת ל 40 מעלות צלזיוס.
כמו תרופות רבות אחרות של חלבון או פפטיד, גלוקגון נוטה להתפרק במהירות, כך שלא ניתן לאחסן את צורת הנוזל לטווח הארוך בגוף. במקום זאת, צוות MIT יצר גרסה אבקה של התרופה, שנשארת יציבה הרבה יותר זמן ונשאר במאגר עד לשחרור.
כל מכשיר יכול לשאת מינון אחד או ארבע מינון של גלוקגון, והוא כולל גם אנטנה המותאמת להגיב לתדר ספציפי בטווח התדרים הרדיו. זה מאפשר להפעיל מרחוק להפעלה זרם חשמלי קטן, המשמש לחימום סגסוגת זיכרון הצורה. כאשר הטמפרטורה מגיעה לסף של 40 מעלות, הלוח מתכופף לצורת U ומשחרר את תוכן המאגר.
מכיוון שהמכשיר יכול לקבל אותות אלחוטיים, ניתן לתכנן אותו כך ששחרור התרופות מופעל על ידי צג גלוקוז כאשר סוכר הדם של הלובש יורד מתחת לרמה מסוימת.
"אחת התכונות העיקריות של מערכת מסירת תרופות דיגיטלית מסוג זה היא שתוכל לדבר עם חיישנים", אומר קרישנן. "במקרה זה, טכנולוגיית ניטור הגלוקוז הרציפה בה משתמשים רבים מהמטופלים היא דבר שיהיה קל למכשירים מסוג זה להתממשק איתו."
היפוך היפוגליקמיה
לאחר השתלת המכשיר בעכברים סוכרתיים, החוקרים השתמשו בו כדי לעורר שחרור גלוקגון ככל שרמות הסוכר בדם של בעלי החיים צנחו. תוך פחות מעשר דקות מהפעלת שחרור התרופות, רמות הסוכר בדם החלו להתפלל, מה שמאפשר להם להישאר בטווח הרגיל ולנעל את ההיפוגליקמיה.
החוקרים בדקו גם את המכשיר עם גרסה אבקה של אפינפרין. הם גילו שתוך 10 דקות משחרור התרופות, רמות האפינפרין בזרם הדם נעשו גבוהות וגברו קצב הלב.
במחקר זה החוקרים שמרו על המכשירים שהושתלו עד ארבעה שבועות, אך כעת הם מתכננים לבדוק אם הם יכולים להאריך את הזמן הזה עד שנה לפחות.
"הרעיון הוא שיהיה לך מספיק מינונים שיכולים לספק את אירוע ההצלה הטיפולי הזה לאורך תקופה משמעותית. אנחנו לא יודעים בדיוק מה זה – אולי שנה, אולי כמה שנים, ואנחנו כרגע עובדים על קביעת החיים האופטימליים. אבל אז אחרי זה, יהיה צורך להחליף אותו", אומר קרישנן.
בדרך כלל, כאשר מושתל מכשיר רפואי בגוף, רקמת צלקת מתפתחת סביב המכשיר, מה שיכול להפריע לתפקודו. עם זאת, במחקר זה, החוקרים הראו כי גם לאחר שנוצרו רקמות פיברוטיות סביב השתל, הם הצליחו להפעיל בהצלחה את שחרור התרופה.
החוקרים מתכננים כעת ללימודי בעלי חיים נוספים ומקווים להתחיל לבדוק את המכשיר במחקרים קליניים בשלוש השנים הבאות.
"זה ממש מרגש לראות את הצוות שלנו משיג את זה, שאני מקווה שיום אחד יעזור לחולים סוכרתיים ויכול לספק באופן נרחב יותר פרדיגמה חדשה להעברת כל רפואת חירום", אומר רוברט לנגר, פרופסור מכון דייוויד ה. קוך ב- MIT ומחבר העיתון.
סופרים אחרים של העיתון כוללים את לורה אוקיף, ארנאב רודרה, דרין גומוסטופ, נימה חטיב, קלאודיה ליו, ג'יאווי יאנג, אתנה וואנג, מתיו בוקנק, ין-צ'ון לו, סומאן בוס וקלן ריד.
המחקר מומן על ידי ליאונה מ 'והארי ב. הלמסלי צ'ראטיה אמון, המוסדות הלאומיים לבריאות, מלגת פוסט -דוקטורט של JDRF והמכון הלאומי להדמיה ביו -רפואית והנדסה ביולוגית.
