Bu Küçük İmplant, Şeker Hastalarını Sessiz, Ölümcül Kazalardan Kurtarabilir

    MIT mühendisleri, Tip 1 diyabetli kişiler için acil tedavide devrim yaratabilecek küçük, implante edilebilir bir cihaz geliştirdiler. Cihaz, toz haline getirilmiş bir glukagon formu içerir ve kan şekeri çok düştüğünde hormonu serbest bırakmak için bir glikoz monitörü tarafından manuel veya otomatik olarak uzaktan tetiklenebilir. Bu, özellikle uyku sırasında veya küçük çocuklar için potansiyel olarak hayat kurtarıcı bir güvenlik ağı sunar.

    Tip 1 diyabetli kişiler için hipoglisemi veya düşük kan şekeri geliştirmek her zaman mevcut bir tehdittir. Glikoz seviyeleri aşırı derecede düştüğünde, standart bakım tedavisinin glukagon adı verilen bir hormon enjekte etmek olduğu yaşamı tehdit eden bir durum yaratır.

    Acil bir yedek olarak, hastaların kan şekerlerinin tehlikeli seviyelere düştüğünü fark etmeyebilecekleri durumlar için MIT mühendisleri, deri altında kalabilen ve kan şekeri seviyeleri çok düştüğünde glukagon salgılamak için tetiklenebilen implante edilebilir bir rezervuar tasarladılar.

    Bu yaklaşım, uyku sırasında hipogliseminin meydana geldiği durumlarda veya enjeksiyonları kendi başlarına uygulayamayan diyabetik çocuklar için de yardımcı olabilir.

    MIT Kimya Mühendisliği Bölümü'nde profesör olan ve MIT'nin Koch Bütünleştirici Kanser Araştırma Enstitüsü ve Tıp Mühendisliği ve Bilimi Enstitüsü ( IMES ) üyesi Daniel Anderson, "Bu, hastanın kan şekeri çok düşerse harekete geçmeye hazır olan, derinin altına yerleştirilebilen küçük, acil bir durum cihazıdır" diyor. ve çalışmanın kıdemli yazarı. "Amacımız, hastaları düşük kan şekerinden korumak için her zaman hazır bir cihaz yapmaktı. Bunun aynı zamanda birçok hastanın ve ebeveynlerinin muzdarip olduğu hipoglisemi korkusunu hafifletmeye de yardımcı olabileceğini düşünüyoruz."

    Araştırmacılar, bu cihazın, kalp krizlerini tedavi etmek için kullanılan ve aynı zamanda anafilaktik şok da dahil olmak üzere ciddi alerjik reaksiyonları önleyebilen bir ilaç olan epinefrinin acil dozlarını vermek için de kullanılabileceğini gösterdi.

    Eski bir MIT araştırma bilimcisi olan ve şu anda Stanford Üniversitesi'nde elektrik mühendisliği alanında yardımcı doçent olan Siddharth Krishnan, 9 Temmuz'da Nature Biomedical Engineering'de yayınlanan çalışmanın baş yazarıdır.

Acil müdahale

    Tip 1 diyabetli hastaların çoğu, vücutlarının şekeri emmesine yardımcı olmak ve kan şekeri seviyelerinin çok yükselmesini önlemek için günlük insülin enjeksiyonları kullanır. Bununla birlikte, kan şekeri seviyeleri çok düşerse, kafa karışıklığına ve nöbetlere yol açabilen hipoglisemi geliştirirler ve tedavi edilmezse ölümcül olabilir.

    Hipoglisemi ile mücadele etmek için, bazı hastalar karaciğeri kan dolaşımına glikoz salması için uyaran bir hormon olan önceden yüklenmiş glukagon şırıngaları taşırlar. Bununla birlikte, insanların, özellikle de çocukların ne zaman hipoglisemik hale geldiklerini bilmeleri her zaman kolay değildir.

    Anderson, "Bazı hastalar kan şekerlerinin düştüğünü hissedebilir ve gidip bir şeyler yiyebilir veya kendilerine glukagon verebilir" diyor. "Fakat bazıları hipoglisemik olduklarının farkında değil ve kafa karışıklığına ve komaya girebiliyorlar. Bu aynı zamanda hastalar uyurken de bir sorundur, çünkü şeker tehlikeli derecede düştüğünde onları uyandırmak için glikoz sensörü alarmlarına bağımlıdırlar."

    Hipoglisemiye karşı koymayı kolaylaştırmak için MIT ekibi, onu kullanan kişi tarafından veya bir sensör tarafından otomatik olarak tetiklenebilecek bir acil durum cihazı tasarlamaya başladı.

    Yaklaşık dörtte biri büyüklüğünde olan cihaz, 3D baskılı polimerden yapılmış küçük bir ilaç haznesi içeriyor. Rezervuar, ısıtıldığında şeklini değiştirecek şekilde programlanabilen, şekil hafızalı alaşım olarak bilinen özel bir malzeme ile kapatılmıştır. Bu durumda araştırmacı, 40 santigrat dereceye kadar ısıtıldığında düz bir levhadan U şekline kıvrılacak şekilde programlanmış bir nikel-titanyum alaşımı kullandı.

    Diğer birçok protein veya peptit ilacı gibi, glukagon da hızla parçalanma eğilimindedir, bu nedenle sıvı form vücutta uzun süre depolanamaz. Bunun yerine MIT ekibi, ilacın çok daha uzun süre stabil kalan ve serbest bırakılana kadar rezervuarda kalan toz haline getirilmiş bir versiyonunu yarattı.

    Her cihaz bir veya dört doz glukagon taşıyabilir ve ayrıca radyofrekans aralığında belirli bir frekansa yanıt verecek şekilde ayarlanmış bir anten içerir. Bu, şekil hafızalı alaşımı ısıtmak için kullanılan küçük bir elektrik akımını açmak için uzaktan tetiklenmesine izin verir. Sıcaklık 40 derece eşiğine ulaştığında, levha U şeklinde bükülür ve rezervuarın içeriğini serbest bırakır.

    Cihaz kablosuz sinyalleri alabildiğinden, kullanıcının kan şekeri belirli bir seviyenin altına düştüğünde ilaç salınımının bir glikoz monitörü tarafından tetikleneceği şekilde de tasarlanabilir.

    Krishnan, "Bu tür dijital ilaç dağıtım sisteminin en önemli özelliklerinden biri, sensörlerle konuşmasını sağlayabilmenizdir" diyor. "Bu durumda, birçok hastanın kullandığı sürekli glikoz izleme teknolojisi, bu tür cihazların arayüz oluşturması kolay olacak bir şey."

Hipoglisemiyi tersine çevirmek

    Cihazı diyabetik farelere yerleştirdikten sonra, araştırmacılar bunu hayvanların kan şekeri seviyeleri düşerken glukagon salınımını tetiklemek için kullandılar. İlaç salınımını aktive ettikten sonra 10 dakikadan daha kısa bir süre içinde kan şekeri seviyeleri dengelenmeye başladı ve bu da normal aralıkta kalmalarına ve hipoglisemiyi önlemelerine olanak sağladı.

    Araştırmacılar ayrıca cihazı toz haline getirilmiş bir epinefrin versiyonuyla test ettiler. İlacın serbest bırakılmasından sonraki 10 dakika içinde kan dolaşımındaki epinefrin seviyelerinin yükseldiğini ve kalp atış hızının arttığını buldular.

    Bu çalışmada, araştırmacılar cihazları dört haftaya kadar implante ettiler, ancak şimdi bu süreyi en az bir yıla kadar uzatıp uzatamayacaklarını görmeyi planlıyorlar.

    "Buradaki fikir, bu terapötik kurtarma olayını önemli bir süre boyunca sağlayabilecek yeterli doza sahip olmanızdır. Bunun tam olarak ne olduğunu bilmiyoruz -- belki bir yıl, belki birkaç yıl, ve şu anda en uygun yaşam süresinin ne olduğunu belirlemek için çalışıyoruz. Ama ondan sonra değiştirilmesi gerekecek" diyor Krishnan.

    Tipik olarak, vücuda bir tıbbi cihaz implante edildiğinde, cihazın çevresinde işlevini engelleyebilecek yara dokusu gelişir. Ancak bu çalışmada araştırmacılar, implant çevresinde fibrotik doku oluştuktan sonra bile ilaç salınımını başarılı bir şekilde tetikleyebildiklerini gösterdiler.

    Araştırmacılar şimdi ek hayvan çalışmaları planlıyorlar ve cihazı önümüzdeki üç yıl içinde klinik deneylerde test etmeye başlamayı umuyorlar.

    MIT'de David H. Koch Enstitüsü Profesörü ve makalenin yazarı Robert Langer, "Ekibimizin bunu başardığını görmek gerçekten heyecan verici, umarım bir gün diyabet hastalarına yardımcı olur ve daha geniş anlamda herhangi bir acil ilaç sunmak için yeni bir paradigma sağlayabilir" diyor.