Για τα άτομα με διαβήτη τύπου 1, η εμφάνιση υπογλυκαιμίας ή χαμηλού σακχάρου στο αίμα αποτελεί διαρκή απειλή. Όταν τα επίπεδα γλυκόζης πέφτουν εξαιρετικά χαμηλά, δημιουργείται μια απειλητική για τη ζωή κατάσταση για την οποία η τυπική θεραπεία είναι η έγχυση μιας ορμόνης που ονομάζεται γλυκαγόνη.
Ως εφεδρική λύση έκτακτης ανάγκης, για περιπτώσεις όπου οι ασθενείς μπορεί να μην συνειδητοποιούν ότι το σάκχαρο στο αίμα τους πέφτει σε επικίνδυνα επίπεδα, οι μηχανικοί του MIT σχεδίασαν μια εμφυτεύσιμη δεξαμενή που μπορεί να παραμείνει κάτω από το δέρμα και να ενεργοποιηθεί για να απελευθερώσει γλυκαγόνη όταν τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα πέσουν πολύ χαμηλά.
Αυτή η προσέγγιση θα μπορούσε επίσης να βοηθήσει σε περιπτώσεις όπου εμφανίζεται υπογλυκαιμία κατά τη διάρκεια του ύπνου ή για διαβητικά παιδιά που δεν μπορούν να χορηγήσουν ενέσεις μόνα τους.
«Πρόκειται για μια μικρή συσκευή έκτακτης ανάγκης που μπορεί να τοποθετηθεί κάτω από το δέρμα, όπου είναι έτοιμη να δράσει εάν το σάκχαρο στο αίμα του ασθενούς πέσει πολύ χαμηλά», λέει ο Daniel Anderson, καθηγητής στο Τμήμα Χημικής Μηχανικής του MIT, μέλος του Ινστιτούτου Koch για Ολοκληρωμένη Έρευνα για τον Καρκίνο και του Ινστιτούτου Ιατρικής Μηχανικής και Επιστήμης (IMES) του MIT, και ο κύριος συγγραφέας της μελέτης. «Στόχος μας ήταν να κατασκευάσουμε μια συσκευή που είναι πάντα έτοιμη να προστατεύσει τους ασθενείς από το χαμηλό σάκχαρο στο αίμα. Πιστεύουμε ότι αυτό μπορεί επίσης να βοηθήσει στην ανακούφιση του φόβου της υπογλυκαιμίας από τον οποίο υποφέρουν πολλοί ασθενείς, και οι γονείς τους».
Οι ερευνητές έδειξαν ότι αυτή η συσκευή θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί για την χορήγηση δόσεων έκτακτης ανάγκης επινεφρίνης, ενός φαρμάκου που χρησιμοποιείται για τη θεραπεία καρδιακών προσβολών και μπορεί επίσης να αποτρέψει σοβαρές αλλεργικές αντιδράσεις, συμπεριλαμβανομένου του αναφυλακτικού σοκ.
Ο Siddharth Krishnan, πρώην ερευνητής του MIT, ο οποίος είναι τώρα επίκουρος καθηγητής ηλεκτρολογίας στο Πανεπιστήμιο Stanford, είναι ο κύριος συγγραφέας της μελέτης, η οποία δημοσιεύθηκε στις 9 Ιουλίου στο Nature Biomedical Engineering.
Αντιμετώπιση έκτακτης ανάγκης
Οι περισσότεροι ασθενείς με διαβήτη τύπου 1 χρησιμοποιούν καθημερινές ενέσεις ινσουλίνης για να βοηθήσουν το σώμα τους να απορροφήσει τη ζάχαρη και να αποτρέψουν την υπερβολική αύξηση των επιπέδων σακχάρου στο αίμα. Ωστόσο, εάν τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα τους πέσουν πολύ χαμηλά, αναπτύσσουν υπογλυκαιμία, η οποία μπορεί να οδηγήσει σε σύγχυση και επιληπτικές κρίσεις και μπορεί να είναι θανατηφόρα εάν δεν αντιμετωπιστεί.
Για την καταπολέμηση της υπογλυκαιμίας, ορισμένοι ασθενείς φέρουν προγεμισμένες σύριγγες γλυκαγόνης, μιας ορμόνης που διεγείρει το ήπαρ να απελευθερώσει γλυκόζη στην κυκλοφορία του αίματος. Ωστόσο, δεν είναι πάντα εύκολο για τους ανθρώπους, ειδικά για τα παιδιά, να γνωρίζουν πότε αρχίζουν να υπογλυκαιμούνται.
«Μερικοί ασθενείς μπορούν να αισθανθούν πότε έχουν χαμηλό σάκχαρο στο αίμα και να πάνε να φάνε κάτι ή να χορηγήσουν στον εαυτό τους γλυκαγόνη», τονίζει ο Anderson. «Αλλά μερικοί δεν γνωρίζουν ότι είναι υπογλυκαιμικοί και μπορεί απλώς να πέσουν σε σύγχυση και κώμα. Αυτό είναι επίσης ένα πρόβλημα όταν οι ασθενείς κοιμούνται, καθώς συνδέονται με συναγερμούς αισθητήρα γλυκόζης για να τους ξυπνήσουν όταν το σάκχαρο πέσει επικίνδυνα χαμηλά».
Για να διευκολυνθεί η αντιμετώπιση της υπογλυκαιμίας, η ομάδα του MIT ξεκίνησε να σχεδιάζει μια συσκευή έκτακτης ανάγκης που θα μπορούσε να ενεργοποιηθεί είτε από το άτομο που τη χρησιμοποιεί είτε αυτόματα από έναν αισθητήρα.
Η συσκευή, η οποία έχει μέγεθος περίπου όσο ένα τέταρτο, περιέχει μια μικρή δεξαμενή φαρμάκου κατασκευασμένη από ένα τρισδιάστατα εκτυπωμένο πολυμερές. Η δεξαμενή είναι σφραγισμένη με ένα ειδικό υλικό γνωστό ως κράμα μνήμης σχήματος, το οποίο μπορεί να προγραμματιστεί να αλλάζει το σχήμα του όταν θερμαίνεται. Σε αυτήν την περίπτωση, ο ερευνητής χρησιμοποίησε ένα κράμα νικελίου-τιτανίου που είναι προγραμματισμένο να καμπυλώνει από μια επίπεδη πλάκα σε σχήμα U όταν θερμαίνεται στους 40 βαθμούς Κελσίου.
Όπως πολλά άλλα πρωτεϊνικά ή πεπτιδικά φάρμακα, η γλυκαγόνη τείνει να διασπάται γρήγορα, επομένως η υγρή μορφή της δεν μπορεί να αποθηκευτεί μακροπρόθεσμα στο σώμα. Αντ’ αυτού, η ομάδα του MIT δημιούργησε μια κονιοποιημένη έκδοση του φαρμάκου, η οποία παραμένει σταθερή για πολύ περισσότερο χρόνο και παραμένει στη δεξαμενή μέχρι να απελευθερωθεί.
Κάθε συσκευή μπορεί να μεταφέρει μία ή τέσσερις δόσεις γλυκαγόνης και περιλαμβάνει επίσης μια κεραία συντονισμένη ώστε να ανταποκρίνεται σε μια συγκεκριμένη συχνότητα στην περιοχή ραδιοσυχνοτήτων. Αυτό της επιτρέπει να ενεργοποιείται εξ αποστάσεως για να ενεργοποιήσει ένα μικρό ηλεκτρικό ρεύμα, το οποίο χρησιμοποιείται για τη θέρμανση του κράματος μνήμης σχήματος. Όταν η θερμοκρασία φτάσει το όριο των 40 βαθμών, η πλάκα λυγίζει σε σχήμα U, απελευθερώνοντας το περιεχόμενο της δεξαμενής.
Επειδή η συσκευή μπορεί να λαμβάνει ασύρματα σήματα, θα μπορούσε επίσης να σχεδιαστεί έτσι ώστε η απελευθέρωση του φαρμάκου να ενεργοποιείται από μια οθόνη γλυκόζης όταν το σάκχαρο στο αίμα του χρήστη πέσει κάτω από ένα ορισμένο επίπεδο.
«Ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά αυτού του τύπου ψηφιακού συστήματος χορήγησης φαρμάκων είναι ότι μπορείτε να το κάνετε να επικοινωνεί με αισθητήρες», λέει ο Krishnan. «Σε αυτήν την περίπτωση, η τεχνολογία συνεχούς παρακολούθησης γλυκόζης που χρησιμοποιούν πολλοί ασθενείς είναι κάτι με το οποίο θα ήταν εύκολο να συνδεθούν αυτοί οι τύποι συσκευών».
Αντιστροφή της υπογλυκαιμίας
Αφού εμφύτευσαν τη συσκευή σε διαβητικά ποντίκια, οι ερευνητές τη χρησιμοποίησαν για να ενεργοποιήσουν την απελευθέρωση γλυκαγόνης καθώς τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα των ζώων έπεφταν. Μέσα σε λιγότερο από 10 λεπτά από την ενεργοποίηση της απελευθέρωσης του φαρμάκου, τα επίπεδα σακχάρου στο αίμα άρχισαν να σταθεροποιούνται, επιτρέποντάς τους να παραμείνουν εντός του φυσιολογικού εύρους και να αποτρέψουν την υπογλυκαιμία.
Οι ερευνητές δοκίμασαν επίσης τη συσκευή με μια κονιοποιημένη έκδοση επινεφρίνης. Διαπίστωσαν ότι εντός 10 λεπτών από την απελευθέρωση του φαρμάκου, τα επίπεδα επινεφρίνης στην κυκλοφορία του αίματος η αρτηριακή πίεση αυξήθηκε και ο καρδιακός ρυθμός ανέβηκε.
Σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές διατήρησαν τις συσκευές εμφυτευμένες για έως και τέσσερις εβδομάδες, αλλά τώρα σχεδιάζουν να δουν αν μπορούν να παρατείνουν αυτό το χρονικό διάστημα έως και τουλάχιστον ένα χρόνο.
«Η ιδέα είναι ότι θα έχετε αρκετές δόσεις που μπορούν να παρέχουν αυτό το θεραπευτικό συμβάν διάσωσης για μια σημαντική χρονική περίοδο. Δεν γνωρίζουμε ακριβώς ποιο θα είναι αυτό το διάστημα – ίσως ένας χρόνος, ίσως μερικά χρόνια, και αυτή τη στιγμή εργαζόμαστε για να προσδιορίσουμε ποια είναι η βέλτιστη διάρκεια ζωής. Αλλά μετά από αυτό, θα πρέπει να αντικατασταθεί», εξηγεί ο Krishnan.
Συνήθως, όταν μια ιατρική συσκευή εμφυτεύεται στο σώμα, αναπτύσσεται ουλώδης ιστός γύρω από τη συσκευή, ο οποίος μπορεί να επηρεάσει τη λειτουργία της. Ωστόσο, σε αυτή τη μελέτη, οι ερευνητές έδειξαν ότι ακόμη και μετά τον σχηματισμό ινώδους ιστού γύρω από το εμφύτευμα, ήταν σε θέση να ενεργοποιήσουν με επιτυχία την απελευθέρωση του φαρμάκου.
Οι ερευνητές σχεδιάζουν τώρα πρόσθετες μελέτες σε ζώα και ελπίζουν να ξεκινήσουν τη δοκιμή της συσκευής σε κλινικές δοκιμές μέσα στα επόμενα τρία χρόνια.
«Είναι πραγματικά συναρπαστικό να βλέπουμε την ομάδα μας να το πετυχαίνει αυτό, το οποίο ελπίζω ότι κάποια μέρα θα βοηθήσει τους διαβητικούς ασθενείς και θα μπορούσε να προσφέρει ένα νέο παράδειγμα για την παροχή οποιασδήποτε επείγουσας ιατρικής», λέει ο Robert Langer, καθηγητής του Ινστιτούτου David H. Koch στο MIT και συγγραφέας της εργασίας.
Διαβάστε ακόμα:
