Синергия современной биомедицинской инженерии и синтетической биологии заложила основу для революционной трансформации терапевтических стратегий. Новейшее исследование, опубликованное в журнале Device и инициированное учеными из Северо-Западного университета (Northwestern) и Университета Карнеги — Меллона, формирует совершенно новый подход к автоматизации лечения хронических патологий. Исследовательская группа успешно разработала инновационную биогибридную платформу под названием HOBIT (Hybrid Oxygenation Bioelectronics System for Implanted Therapy), которая выполняет функцию «живой аптеки» в организме и обеспечивает эндогенный, непрерывный и контролируемый синтез медицинских препаратов.
Исторически главным биологическим барьером для имплантируемых систем на основе клеточной терапии являлась острая гипоксия. Высокая плотность генетически модифицированных терапевтических клеток, помещенных в капсулу имплантата, обусловливала дефицит кислорода, что приводило к массовому апоптозу и некрозу клеточной популяции. В результате терапевтическая эффективность и функциональная долговечность устройства резко ограничивались.
Система HOBIT решила данную проблему путем интеграции электрохимической оксигенации. Устройство состоит из трех основных компонентов: клеточной камеры для содержания генно-модифицированных клеток, миниатюрного генератора кислорода и электронной системы, которая регулирует выработку кислорода и обеспечивает беспроводную связь с внешними устройствами. Поскольку устройство генерирует кислород непосредственно внутри имплантата, клетки получают стабильный приток кислорода даже в условиях низкой системной оксигенации.
Миниатюрный генератор осуществляет электролиз молекул окружающей воды, в результате чего кислород образуется локально, непосредственно в клеточной камере. Благодаря этому механизму ученым удалось увеличить плотность клеток примерно в шесть раз по сравнению с традиционными, неоксигенируемыми системами.
Для валидации концепции исследователи использовали генетически модифицированные клетки, способные одновременно синтезировать три биологических агента с различными фармакокинетическими профилями: моноклональное антитело против ВИЧ (anti-HIV), аналог глюкагоноподобного пептида-1 (GLP-1), применяемый для лечения сахарного диабета 2-го типа, и лептин — гормон, регулирующий энергетический баланс и метаболизм.
30-дневный эксперимент на мышах показал, что жизнеспособность клеток в подкожно размещенных оксигенируемых имплантатах достигла 65%, тогда как в контрольной группе этот показатель составил всего 20%. При этом концентрация всех трех терапевтических белков в плазме крови стабильно сохранялась на протяжении всего периода исследования.
Кроме того, период полувыведения традиционных экзогенных биологических лекарственных средств часто вариабелен, что затрудняет поддержание их оптимальной терапевтической концентрации в плазме и требует частых, инвазивных инъекций. Программируемые «клеточные фабрики» типа HOBIT снижают риск пропуска приема лекарств и обеспечивают более стабильную, непрерывную доставку терапевтических агентов.
Следующий этап исследования предусматривает тестирование устройства на более крупных животных и его адаптацию для изучения методов лечения на основе трансплантированных клеток поджелудочной железы.
Источник: phys.org
