دمیدن حیات در پزشکی: تقویت "داروخانه زنده" با تولید اکسیژن

پژوهشگران دانشگاه نورث‌وسترن دستگاهی طراحی کرده‌اند که با حمایت مالی آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (DARPA) ساخته شده و برای زنده نگه داشتن سلول‌ها در یک "داروخانه زنده" قابل‌کاشت اکسیژن تولید می‌کند. هدف این داروخانه، تولید خودکار درمان‌هایی برای تنظیم چرخه خواب و بیداری بدن است.

پیشرفت جدیدی که می‌تواند درمان‌های مبتنی بر سلول را بهبود بخشد

درمان‌های مبتنی بر سلول امیدهای زیادی را در زمینه‌هایی مانند دارورسانی، جایگزینی بافت‌های آسیب‌دیده و تقویت مکانیزم‌های ترمیمی بدن ایجاد کرده‌اند. اما حفظ زنده‌مانی سلول‌ها برای تولید این درمان‌ها همچنان یک چالش اساسی است.

نوآوری در تأمین اکسیژن برای سلول‌ها

پژوهشگران با استفاده از یک نسخه هوشمند و کم‌مصرف از تکنیک تقسیم آب، توانسته‌اند اکسیژن لازم را برای سلول‌ها تولید کنند. این روش نوآورانه که هم در شرایط آزمایشگاهی (in vitro) و هم در شرایط بدن زنده (in vivo) آزمایش شده است، قابلیت استفاده در کاربردهای حاد و مزمن را دارد.

پیشرفت در مهندسی زیست‌پزشکی

در سال 2021، تیمی از محققان دانشگاه نورث‌وسترن با دریافت بودجه‌ای تا سقف 33 میلیون دلار از آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (DARPA)، به توسعه دستگاهی قابل‌کاشت به نام "داروخانه زنده" پرداختند که هدف آن تنظیم چرخه خواب و بیداری بدن انسان است. اکنون این تیم به یک گام اساسی برای رسیدن به این هدف دست یافته است.

دستگاه جدید: تولید اکسیژن در محل

این دستگاه که به نام "اکسیژن‌ساز الکتروکاتالیزوری در محل" (ecO2) شناخته می‌شود، اکسیژن موردنیاز را مستقیماً در محل تولید می‌کند تا سلول‌ها را درون دستگاه کاشتنی زنده نگه دارد. اکسیژن برای زنده و فعال نگه داشتن سلول‌ها ضروری است، زیرا هرچه سلول‌ها بیشتر زنده بمانند، زمان بیشتری می‌توانند به‌طور خودکار داروهای درمانی تولید کنند.

دستاوردهای عملی

در آزمایش‌ها: دستگاه ecO2 توانست حدود 70-80٪ سلول‌ها را در شرایط کم‌اکسیژن به مدت یک ماه در محیط آزمایشگاهی و چند هفته در بدن زنده زنده نگه دارد.

بدون ecO2: تنها حدود 20٪ سلول‌ها پس از 10 روز زنده ماندند و سلول‌ها احتمالاً پیش از این مدت توانایی تولید دارو را از دست می‌دهند.

کنترل تولید اکسیژن: پژوهشگران با تنظیم میزان برق مصرفی، توانستند مقدار اکسیژن تولیدی را تغییر دهند و از تولید محصولات جانبی مضر مانند کلر یا پراکسید هیدروژن جلوگیری کنند.

چشم‌انداز آینده

پیشرفت در فناوری‌های انتقال توان بی‌سیم و ارتباطات باعث شده است پژوهشگران به قابلیت کارکرد مزمن این دستگاه برای ماه‌ها یا بیشتر امیدوار باشند.

تقسیم آب: فرآیندی که با استفاده از برق، آب را به اجزای تشکیل‌دهنده آن یعنی اکسیژن و هیدروژن تجزیه می‌کند.

تزریق زندگی به پزشکی

تقویت دستگاه "داروخانه زنده" با تولید اکسیژن.

پژوهشگران دانشگاه نورث‌وسترن دستگاه جدیدی طراحی کرده‌اند که اکسیژن تولید می‌کند تا سلول‌ها را درون یک "داروخانه زنده" قابل‌کاشت زنده نگه دارد. این دستگاه که با بودجه آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی (DARPA) ساخته شده است، هدف آن تولید خودکار درمان‌هایی برای تنظیم چرخه خواب و بیداری بدن است.

بهبود درمان‌های مبتنی بر سلول

درمان‌های مبتنی بر سلول برای دارورسانی، جایگزینی بافت‌های آسیب‌دیده و تقویت فرآیندهای ترمیم بدن بسیار امیدبخش هستند. اما یکی از چالش‌های کلیدی، زنده نگه داشتن سلول‌ها برای تولید دارو است. تیم تحقیقاتی با استفاده از یک روش هوشمند تقسیم آب، اکسیژن لازم را تولید کردند و از تولید محصولات جانبی مضر مانند کلر یا پراکسید هیدروژن جلوگیری نمودند.

دستاوردهای فناوری ecO2

زنده ماندن طولانی‌تر سلول‌ها: دستگاه اکسیژن‌ساز الکتروکاتالیزوری (ecO2) توانست در شرایط کم‌اکسیژن، 70-80٪ سلول‌ها را برای نزدیک به یک ماه در محیط آزمایشگاهی و برای چند هفته در بدن زنده نگه دارد.

افزایش تراکم سلولی: این دستگاه قادر است سلول‌های متراکم‌تر (60,000 سلول در هر میلی‌متر مکعب) را در شرایط کم‌اکسیژن زنده نگه دارد، تراکمی که حدود شش برابر تراکم سلولی عادی گزارش‌شده برای جزایر پانکراس است.

بدون ecO2: تنها 20٪ سلول‌ها پس از 10 روز زنده بودند و در طول زمان کارایی خود را از دست دادند.

فناوری تقسیم آب

دستگاه ecO2 با استفاده از اکسید ایریدیوم، یک واکنش الکتروشیمیایی در ولتاژ کم را انجام می‌دهد تا اکسیژن را از آب موجود در مایعات زیستی تولید کند. این فرآیند مشابه آزمایش‌های ساده شیمی است که در آن آب به اکسیژن و هیدروژن تجزیه می‌شود، اما در اینجا اکسیژن تولیدشده به‌صورت محلول در آب باقی می‌ماند و حبابی تشکیل نمی‌دهد.

کاربردها و آینده این فناوری

کاربردهای درمانی

استفاده از ecO2 می‌تواند در درمان زخم‌ها، دیابت، سرطان و بیماری‌های مزمن مؤثر باشد.

اهداف آینده

پژوهشگران روی توسعه موادی تمرکز دارند که بتوانند ماه‌ها در بدن عملکرد پایدار داشته باشند. هدف نهایی، تولید دستگاه‌هایی است که هرگز نیاز به پر کردن مجدد دارو نداشته باشند.

استفاده بالینی

پژوهش‌ها بر روی مدل‌های مختلف بیماری در حال گسترش است تا این فناوری به‌طور بالینی مورد استفاده قرار گیرد.

این تحقیق در مجله Nature Communications منتشر شده است.

Reference:

https://scitechdaily.com/breathing-life-into-medicine-living-pharmacy-implant-gets-oxygenating-boost/