Μια επαναστατική τεχνολογία που θυμίζει επιστημονική φαντασία φέρνουν πιο κοντά στην πραγματικότητα ερευνητές από τα πανεπιστήμια Northwestern, Rice και το Carnegie Mellon στις ΗΠΑ, οι οποίοι ανέπτυξαν ένα εμφυτεύσιμο σύστημα που λειτουργεί σαν «ζωντανό φαρμακείο» μέσα στο ανθρώπινο σώμα.
Πρόκειται για μια μικροσκοπική συσκευή περίπου στο μέγεθος μιας αναδιπλωμένης τσίχλας, η οποία τοποθετείται κάτω από το δέρμα και περιέχει γενετικά τροποποιημένα κύτταρα. Αυτά τα κύτταρα δρουν σαν μικρά εργοστάσια παράγοντας συνεχώς φαρμακευτικές ουσίες απευθείας μέσα στον οργανισμό, χωρίς την ανάγκη χορήγησης χαπιών ή ενέσεων.
Στη μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο επιστημονικό περιοδικό Device journal, που εκδίδεται από την Cell Press, οι επιστήμονες κατάφεραν να προγραμματίσουν τα κύτταρα ώστε να παράγουν ταυτόχρονα τρεις διαφορετικές βιολογικές θεραπείες, ένα αντίσωμα κατά του HIV, ένα πεπτίδιο τύπου GLP-1 που χρησιμοποιείται για τον διαβήτη τύπου 2 και λεπτίνη, την ορμόνη που ρυθμίζει την όρεξη και τον μεταβολισμό. Το εντυπωσιακό είναι ότι η συσκευή κατάφερε να διατηρήσει σταθερή την παραγωγή και των τριών αυτών ουσιών για εβδομάδες.
Η καινοτομία, που ονομάζεται HOBIT (Hybrid Oxygenation Bioelectronics System for Implanted Therapy), λύνει ένα από τα μεγαλύτερα προβλήματα των εμφυτεύσιμων κυτταρικών θεραπειών, την έλλειψη οξυγόνου.
Μέχρι σήμερα, τα κύτταρα μέσα σε τέτοιες συσκευές συχνά πέθαιναν γρήγορα, καθώς ανταγωνίζονταν μεταξύ τους για οξυγόνο. Το νέο σύστημα όμως, παράγει οξυγόνο απευθείας εκεί όπου το χρειάζονται τα κύτταρα μέσω μιας ηλεκτροχημικής διαδικασίας που διασπά μόρια νερού, εξασφαλίζοντας συνεχή τροφοδοσία.
«Αυτή η εργασία υπογραμμίζει τις ευρείες δυνατότητες μιας πλήρως ολοκληρωμένης βιοϋβριδικής πλατφόρμας για τη θεραπεία ασθενειών», σχολιάζει ο Jonathan Rivnay του Northwestern, συν-κύριος ερευνητής του έργου που ηγείται της ανάπτυξης της συσκευής.
«Τα παραδοσιακά βιολογικά φάρμακα έχουν συχνά πολύ διαφορετικούς χρόνους ημιζωής, επομένως η διατήρηση σταθερών επιπέδων πολλαπλών θεραπειών μπορεί να είναι δύσκολη. Επειδή τα εμφυτευμένα ‘εργοστάσια κυττάρων’ παράγουν αδιάλειπτα αυτούς τους βιολογικούς παράγοντες, η διατήρηση των κυττάρων στη ζωή με αυτή την τεχνολογία οξυγόνωσης μας επιτρέπει να διατηρούμε σταθερά επίπεδα πολλαπλών διαφορετικών θεραπευτικών παραγόντων ταυτόχρονα».
Η εργασία βασίζεται σε μια μελέτη του 2023, στην οποία ο Rivnay και οι συνεργάτες του επέδειξαν μια μικροσκοπική ηλεκτροχημική συσκευή που παρήγε οξυγόνο διασπώντας κοντινά μόρια νερού.
Ενώ η προηγούμενη μελέτη, που δημοσιεύτηκε στο Nature Communications , έδειξε ότι η παροχή οξυγόνου τοπικά θα μπορούσε να βελτιώσει δραματικά την επιβίωση των εμφυτευμένων θεραπευτικών κυττάρων, η νέα έρευνα το πάει ένα βήμα παραπέρα. Η τελευταία έκδοση ενσωματώνει αυτήν την τεχνολογία παραγωγής οξυγόνου σε ένα πλήρως εμφυτεύσιμο, ασύρματο σύστημα που έχει σχεδιαστεί για να υποστηρίζει μακροχρόνιες θεραπείες.
Η συσκευή αποτελείται από τρία βασικά μέρη, από έναν θάλαμο συγκράτησης των γενετικά τροποποιημένων κυττάρων, από μια ηλεκτρονική γεννήτρια οξυγόνου και ηλεκτρονικά συστήματα και από μια μπαταρία που όλα μαζί ρυθμίζουν τη λειτουργία της και επιτρέπουν ασύρματη επικοινωνία με εξωτερικές συσκευές. Παράλληλα, η συσκευή προστατεύει τα κύτταρα από το ανοσοποιητικό σύστημα, επιτρέποντάς τους να επιβιώνουν και να λειτουργούν για μεγαλύτερο χρονικό διάστημα.
«Παράγουμε οξυγόνο απευθείας εκεί που το χρειάζονται τα κύτταρα», αναφέρει ο Rivnay. «Αυτό μας επιτρέπει να υποστηρίζουμε πολύ υψηλότερες πυκνότητες κυττάρων σε πολύ μικρότερο χώρο».
Τα πειράματα σε ποντίκια έδειξαν εντυπωσιακά αποτελέσματα. Σε διάστημα 30 ημερών, τα επίπεδα των φαρμάκων στο αίμα παρέμειναν σταθερά όταν χρησιμοποιήθηκε η συγκεκριμένη συσκευή παραγωγής οξυγόνου. Αντίθετα, χωρίς παροχή οξυγόνου, οι ουσίες με μικρό χρόνο ζωής εξαφανίστηκαν μέσα σε μόλις επτά ημέρες, ενώ οι υπόλοιπες μειώθηκαν σταδιακά. Επιπλέον, περίπου το 65% των κυττάρων παρέμεινε ζωντανό στο νέο σύστημα, συγκριτικά με το μόλις 20% των συμβατικών προσεγγίσεων.
Οι επιστήμονες εκτιμούν ότι αυτή η τεχνολογία θα μπορούσε στο μέλλον να αλλάξει ριζικά τον τρόπο με τον οποίο αντιμετωπίζονται χρόνιες παθήσεις, προσφέροντας μακροχρόνιες θεραπείες με ένα μόνο εμφύτευμα.
Ήδη σχεδιάζονται δοκιμές σε μεγαλύτερα ζωικά μοντέλα, ενώ εξετάζονται διάφορες εφαρμογές του συστήματος όπως π.χ. θεραπείες με παγκρεατικά κύτταρα για ασθενείς με διαβήτη.
«Αρχίζουμε να βλέπουμε πώς η βιοηλεκτρονική και η κυτταρική θεραπεία μπορούν να συνεργαστούν σε μια ενιαία πλατφόρμα», λέει ο Rivnay. «Καθώς αυτές οι τεχνολογίες συνεχίζουν να αναπτύσσονται, συσκευές όπως αυτή θα μπορούσαν τελικά να λειτουργήσουν ως προγραμματιζόμενα εργοστάσια φαρμάκων μέσα στο σώμα, παρέχοντας πολύπλοκες θεραπείες με τρόπους που απλά δεν είναι δυνατοί σήμερα».
