Исследователи Массачусетского технологического института (MIT) в США разработали гибкую роботизированную конструкцию, способную создавать цикличные механические отклонения в тканях, что предотвращает формирование рубцов вокруг имплантированных устройств. Об этом сообщает портал Medical Xpress. Перевод основных положений публикации представлен изданием discover24.ru.
Большинству пациентов с диабетом 1 типа и некоторым пациентам с диабетом 2 типа приходится ежедневно вводить себе инсулин. Некоторые пациенты используют носимые инсулиновые помпы, которые прикрепляются к коже и вводят инсулин через трубку, вставленную под кожу, или пластыри, которые могут вводить инсулин без трубки.
В течение многих лет ученые работали над устройствами для доставки инсулина, которые можно было бы имплантировать под кожу. Однако фиброзные капсулы, образующиеся вокруг таких устройств, могут привести к выходу их из строя в течение нескольких недель или месяцев.
Имплантируемые устройства, которые выделяют инсулин в организм, обещают стать альтернативным способом лечения диабета без инъекций инсулина или введения трубок. Однако одно из препятствий, которое до сих пор мешало их использованию, заключается в том, что иммунная система атакует их после имплантации, образуя толстый слой рубцовой ткани, который блокирует высвобождение инсулина.
Это явление, известное как реакция на инородное тело, также может мешать многим другим типам имплантируемых медицинских устройств. Однако команда инженеров и научных сотрудников Массачусетского технологического института разработала способ преодоления этой реакции. В исследовании на мышах они показали, что, когда они внедрили функцию цикличного срабатывания в мягкое роботизированное устройство, оно оставалось функциональным гораздо дольше, чем типичный имплантат для доставки лекарств.
Конструкцию имплантата в MIT дополнили мягким роботизированным устройством с механическим приводом, которое можно надувать и сдувать. По итогам предыдущего исследования той же научной группы было установлено, что такого рода колебания могут модулировать реакцию соседних иммунных клеток на имплантированное устройство.
В новом исследовании ученые стремились определить, может ли этот иммуномодулирующий эффект помочь улучшить доставку лекарств. Они построили двухкамерное устройство из полиуретана, пластика, эластичность которого аналогична внеклеточному матриксу, окружающему ткани. Одна из камер действует как резервуар для лекарств, а другая – как мягкий надувной привод.
Используя внешний контроллер, исследователи стимулировали привод для надувания и сдувания по определенному графику. Для текущего исследования приведение в действие своей конструкции совершалось в течение пяти минут каждые 12 часов.
Как показал эксперимент, это механическое срабатывание отталкивает иммунные клетки, называемые нейтрофилами, которые инициируют процесс, ведущий к образованию рубцовой ткани. Когда исследователи имплантировали эти устройства мышам, они обнаружили, что для образования рубцовой ткани вокруг устройств требуется гораздо больше времени. В конечном итоге рубцовая ткань все же образовалась, но структура ее волокон была более выровненной, что позволяло молекулам лекарства проходить сквозь эту ткань.
Исследователи оценили эффективность высвобождения инсулина, измерив последующие изменения уровня глюкозы в крови мышей. Они обнаружили, что у мышей с активируемым устройством эффективная доставка инсулина поддерживалась в течение восьми недель исследования. У мышей, которые не подвергались такой стимуляции, эффективность доставки начала снижаться уже через две недели, а через восемь недель инсулин почти не мог просочиться через фиброзную капсулу.
Авторы исследования MIT также создали версию своего устройства с увеличенным размером (120 на 80 миллиметров), потенциально приспособленным для медицинских процедур у человека, , и показали, что его можно успешно имплантировать в брюшную полость трупа человека.
«Мы считаем, что подобная платформа может быть расширена за пределы только этого применения», – говорит Эллен Рош, профессор Института медицинской инженерии и науки MIT. Среди вариантов возможных применений планируется рассмотреть, можно ли использовать данную конструкцию для доставки островковых клеток в качестве «биоискусственной поджелудочной железы» при лечении диабета.
Другие возможные применения, которые предварительно изучены для этого типа устройств, включают доставку средств иммунотерапии для лечения рака яичников и доставку лекарств к сердцу для предотвращения сердечной недостаточности у пациентов, перенесших сердечные приступы.