თანამედროვე ბიოსამედიცინო ინჟინერიისა და სინთეზური ბიოლოგიის სინერგიამ თერაპიული სტრატეგიების რევოლუციურ ტრანსფორმაციას ჩაუყარა საფუძველი. ჟურნალ Device-ში გამოქვეყნებული უახლესი კვლევა, რომელიც ჩრდილო-დასავლეთისა (Northwestern) და კარნეგი-მელონის უნივერსიტეტების მეცნიერთა მიერ იქნა ინიცირებული, სრულიად ახალ მიდგომას აყალიბებს ქრონიკულ პათოლოგიათა მკურნალობის ავტომატიზაციაში. მეცნიერთა გუნდმა წარმატებით შეიმუშავა ინოვაციური ბიოჰიბრიდული პლატფორმა სახელწოდებით HOBIT (Hybrid Oxygenation Bioelectronics System for Implanted Therapy), რომელიც ორგანიზმში „ცოცხალი აფთიაქის“ ფუნქციას ასრულებს და სამედიცინო პრეპარატების ენდოგენურ, უწყვეტ და კონტროლირებად სინთეზს უზრუნველყოფს.
ისტორიულად, უჯრედულ თერაპიაზე დაფუძნებული იმპლანტირებადი სისტემების მთავარ ბიოლოგიურ ბარიერს მწვავე ჰიპოქსია წარმოადგენდა. იმპლანტის კაფსულაში მოთავსებული გენური ინჟინერიით მოდიფიცირებული თერაპიული უჯრედების მაღალი სიმჭიდროვე ჟანგბადის დეფიციტს განაპირობებდა, რაც უჯრედული პოპულაციის მასობრივ აპოპტოზსა და ნეკროზს იწვევდა. შედეგად, მკვეთრად იზღუდებოდა მოწყობილობის თერაპიული ეფექტურობა და ფუნქციური ხანგრძლივობა.
HOBIT სისტემამ აღნიშნული პრობლემა ელექტროქიმიური ოქსიგენაციის ინტეგრირებით გადაჭრა. მოწყობილობა სამი ძირითადი კომპონენტისგან შედგება: გენმოდიფიცირებული უჯრედების შესანახი უჯრედული კამერისგან, მინიატურული ჟანგბადის გენერატორისგან და ელექტრონული სისტემისგან, რომელიც ჟანგბადის წარმოებას არეგულირებს და გარე მოწყობილობებთან უსადენო კომუნიკაციას უზრუნველყოფს. ვინაიდან მოწყობილობა ჟანგბადს უშუალოდ იმპლანტის შიგნით წარმოქმნის, უჯრედები ჟანგბადის სტაბილურ მიწოდებას იღებენ დაბალი ოქსიგენაციის პირობებშიც კი.
მინიატურული გენერატორი გარემომცველი წყლის მოლეკულების ელექტროლიზს ახორციელებს, რის შედეგადაც ჟანგბადი ლოკალურად, უშუალოდ უჯრედულ კამერაში წარმოიქმნება. აღნიშნული მექანიზმის მეშვეობით მეცნიერებმა შეძლეს უჯრედული სიმჭიდროვის დაახლოებით ექვსჯერ გაზრდა ტრადიციულ, არაოქსიგენირებულ სისტემებთან შედარებით.
კონცეფციის ვალიდაციის მიზნით მკვლევრებმა გენმოდიფიცირებული უჯრედები გამოიყენეს, რომლებსაც ერთდროულად სამი განსხვავებული ფარმაკოკინეტიკური პროფილის მქონე ბიოლოგიური აგენტის სინთეზი შეეძლოთ: ანტი-HIV მონოკლონური ანტისხეულის, გლუკაგონის მსგავსი პეპტიდ-1-ის (GLP-1) ანალოგის, რომელიც ტიპი 2 შაქრიანი დიაბეტის სამკურნალოდ გამოიყენება, და ლეპტინის — ჰორმონის, რომელიც ენერგეტიკულ ბალანსსა და მეტაბოლიზმს არეგულირებს.
თაგვებზე ჩატარებულმა 30-დღიანმა ექსპერიმენტმა აჩვენა, რომ კანქვეშ მოთავსებულ ოქსიგენირებულ იმპლანტებში უჯრედების სიცოცხლისუნარიანობამ 65%-ს მიაღწია, მაშინ როდესაც საკონტროლო ჯგუფში ეს მაჩვენებელი მხოლოდ 20% იყო. ამასთანავე, სისხლის პლაზმაში სამივე თერაპიული ცილის კონცენტრაცია მთელი კვლევის განმავლობაში სტაბილურად ნარჩუნდებოდა.
ამასთანავე, ტრადიციული ეგზოგენური ბიოლოგიური მედიკამენტების ნახევარგამოყოფის პერიოდი ხშირად ვარიაბელურია, რაც პლაზმაში მათი ოპტიმალური თერაპიული კონცენტრაციის შენარჩუნებას ართულებს და ხშირ, ინვაზიურ ინექციებს საჭიროებს. HOBIT-ის ტიპის პროგრამირებადი „უჯრედული ქარხნები“ კი ამცირებს მედიკამენტის მიღების გამოტოვების რისკს და უზრუნველყოფს თერაპიული აგენტების უფრო სტაბილურ, უწყვეტ მიწოდებას.
კვლევის შემდეგი ფაზა ითვალისწინებს მოწყობილობის ტესტირებას უფრო დიდი ზომის ცხოველებზე და მის ადაპტაციას ტრანსპლანტირებული პანკრეასის უჯრედებზე დაფუძნებული თერაპიების შესასწავლად.
წყარო:phys.org
