جهاز قابل للزرع قد ينقذ مرضى السكري من انخفاض سكر الدم

بالنسبة لمرضى السكري من النوع الأول، يُعدّ انخفاض سكر الدم خطرًا داهمًا، فعندما تنخفض مستويات الجلوكوز بشكل حاد، يشكل ذلك حالةً تُهدّد الحياة.

عندئذ يكون العلاج المُتّبع هو حقن هرمون يُسمّى الجلوكاجون.

كإجراء احتياطي في حالات الطوارئ، في الحالات التي قد لا يدرك فيها المرضى أن نسبة السكر في الدم تنخفض إلى مستويات خطيرة، صمم مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا خزانًا قابلًا للزرع يمكن أن يظل تحت الجلد ويتم تحفيزه لإطلاق الجلوكاجون عندما تنخفض مستويات السكر في الدم بشكل كبير.

نشر العمل في مجلة Nature Biomedical Engineering.

وقد يساعد هذا النهج أيضًا في الحالات التي يحدث فيها انخفاض سكر الدم أثناء النوم، أو بالنسبة للأطفال المصابين بالسكري الذين لا يستطيعون إعطاء الحقن بأنفسهم.

جهاز صغير تحت الجلد

يقول الباحثون: "هذا جهاز صغير للطوارئ يمكن وضعه تحت الجلد، حيث يكون جاهزًا للعمل إذا انخفض مستوى السكر في دم المريض بشكل كبير".

وأضافوا: "كان هدفنا تطوير جهاز جاهز دائمًا لحماية المرضى من انخفاض سكر الدم . ونعتقد أن هذا الجهاز قد يُخفف أيضًا من خوف انخفاض سكر الدم الذي يُعاني منه العديد من المرضى وذويهم".

وأظهر الباحثون أن هذا الجهاز يمكن استخدامه أيضًا لتوصيل جرعات طارئة من الأدرينالين، وهو دواء يستخدم لعلاج النوبات القلبية ويمكنه أيضًا منع ردود الفعل التحسسية الشديدة، بما في ذلك الصدمة التأقية.

الاستجابة للطوارئ

يستخدم معظم مرضى السكري من النوع الأول حقن الأنسولين يوميًا لمساعدة أجسامهم على امتصاص السكر ومنع ارتفاعه بشكل مفرط.

ومع ذلك، إذا انخفض مستوى السكر في الدم بشكل مفرط، فقد يُصابون بنقص سكر الدم، مما قد يؤدي إلى ارتباك ونوبات صرع، وقد يكون مميتًا إذا لم يُعالج.

لمكافحة نقص سكر الدم، يحمل بعض المرضى حقنًا مُحمَّلة مسبقًا بالجلوكاجون، وهو هرمون يُحفِّز الكبد على إطلاق الجلوكوز في مجرى الدم.

ومع ذلك، ليس من السهل دائمًا على الأشخاص، وخاصة الأطفال، معرفة متى يُصابون بنقص سكر الدم.

يقول أندرسون: "يشعر بعض المرضى بانخفاض سكر الدم، فيتناولون الطعام أو يحقنون أنفسهم بالجلوكاجون، لكن بعضهم لا يدركون إصابتهم بنقص سكر الدم، وقد يدخلون في حالة ارتباك وغيبوبة، وهذه مشكلة أيضًا أثناء نوم المرضى، إذ يعتمدون على أجهزة إنذار الجلوكوز لإيقاظهم عند انخفاض السكر بشكل خطير".

لتسهيل مواجهة نقص السكر في الدم، شرع فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في تصميم جهاز طوارئ يمكن تشغيله إما من قبل الشخص الذي يستخدمه، أو تلقائيًا بواسطة جهاز استشعار.

يحتوي الجهاز، الذي يبلغ حجمه ربع دولار تقريبًا، على خزان دواء صغير مصنوع من بوليمر مطبوع بتقنية الطباعة ثلاثية الأبعاد.

الخزان مُغلَّف بمادة خاصة تُعرف باسم سبيكة ذاكرة الشكل، والتي يُمكن برمجتها لتغيير شكلها عند تسخينها.

في هذه الحالة، استخدم الباحثون سبيكة من النيكل والتيتانيوم مبرمجة للالتفاف من لوح مسطح إلى شكل حرف U عند تسخينها إلى 40 درجة مئوية.

كما هو الحال مع العديد من الأدوية البروتينية أو الببتيدية الأخرى، يميل الجلوكاجون إلى التحلل بسرعة، لذا لا يُمكن تخزينه في الجسم لفترة طويلة بصورته السائلة، لذا، ابتكر فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا نسخة مسحوقة من الدواء، تبقى مستقرة لفترة أطول بكثير، وتبقى في مستودعها حتى يتم إطلاقها.

يستطيع كل جهاز حمل جرعة واحدة أو أربع جرعات من الجلوكاجون، كما يتضمن هوائيًا مُصممًا للاستجابة لتردد محدد في نطاق الترددات الراديوية.

يتيح ذلك تشغيله عن بُعد لتشغيل تيار كهربائي صغير، يُستخدم لتسخين سبيكة الذاكرة الشكلية. عندما تصل درجة الحرارة إلى عتبة 40 درجة، تنحني الشريحة على شكل حرف U، مُطلقةً محتويات الخزان.

وبما أن الجهاز يمكنه استقبال إشارات لاسلكية، فمن الممكن أيضًا تصميمه بحيث يتم تشغيل إطلاق الدواء بواسطة جهاز مراقبة الجلوكوز عندما ينخفض ​​مستوى السكر في دم مرتديه إلى ما دون مستوى معين.

عكس انخفاض سكر الدم

بعد زرع الجهاز في فئران مصابة بالسكري، استخدمه الباحثون لتحفيز إطلاق الجلوكاجون مع انخفاض مستويات السكر في دم الحيوانات.

في أقل من 10 دقائق من تفعيل إطلاق الدواء، بدأت مستويات السكر في الدم بالعودة إلى وضعها الطبيعي، مما سمح لها بالبقاء ضمن المعدل الطبيعي وتجنب انخفاض سكر الدم.

اختبر الباحثون أيضًا الجهاز باستخدام نسخة مسحوقة من الأدرينالين. ووجدوا أنه في غضون عشر دقائق من إطلاق الدواء، ارتفعت مستويات الأدرينالين في مجرى الدم وارتفع معدل ضربات القلب.

وفي هذه الدراسة، أبقى الباحثون الأجهزة المزروعة لمدة تصل إلى أربعة أسابيع، ولكنهم يخططون الآن لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم تمديد هذه المدة إلى عام على الأقل.

الفكرة هي أن يكون لديك جرعات كافية لتوفير هذا العلاج الإنقاذي على مدى فترة زمنية طويلة. لا نعرف بالضبط ما هي هذه الفترة - ربما عام، أو ربما بضع سنوات، ونعمل حاليًا على تحديد العمر الأمثل. ولكن بعد ذلك، سيحتاج إلى استبداله، كما يقول كريشنان.

عادةً، عند زراعة جهاز طبي في الجسم، يتشكل نسيج ندبي حوله، مما قد يؤثر على وظيفته. ومع ذلك، أظهر الباحثون في هذه الدراسة أنه حتى بعد تكوّن نسيج ليفي حول الزرعة، تمكنوا من تحفيز إطلاق الدواء بنجاح .

ويخطط الباحثون الآن لإجراء دراسات إضافية على الحيوانات ويأملون في البدء في اختبار الجهاز في التجارب السريرية خلال السنوات الثلاث المقبلة.