Table of Contents

إن تطوير أجهزة الفطائر الحيوية يمثل حدودا واعدة في معالجة مرض السكري من النوع 1، إذ أن العبء اليومي لأجهزة رصد غلوكوز الدم والحقن الانسولينية، والخطر المستمر الذي ينطوي عليه نقص العرض أو الفلزات في الدولة، يمكن أن يكون مرهقا وخطيرا، في حين أن الظواهر التقليدية في مجال البنكرياس أو التحول إلى النسيج، يمكن أن توفر علاجا محدودا.

ما هي أجهزة البانكرياس الحيوية؟

إن جهاز البنكرياس الحيوي هو نظام هجين يدمج الأنسجة البيولوجية - الخلايا التي تبث عادة الإرسال - مع المواد الاصطناعية والعناصر الإلكترونية في كثير من الأحيان لتنظيم غلوك الدم بصورة مستقلة، والمبدأ الأساسي هو توفير إمدادات مستمرة من الأوسلين تخضع للمراقبة من خلال التغذية المرتدة دون الحاجة إلى تدخل المستخدم، بخلاف المقاييس الميكانيكية الكاملة للكمائن الاصطناعية (اللوبوبية في سولين) ذات المقياس الجلوفوري المستمر.

عناصر بانكرياس البيولوجي

ويتألف البنكرياس النموذجي للثبات الأحيائي من ثلاثة عناصر رئيسية:

  • Insulin-producing cells:] These are usually islet cells from donated human pancreaseeases, but may also be derived from stem cells, animal sources (xenotransplantation), or genetically engineered cell lines. These cells respond to ambient glucose levels by secreting insulin when glucoselu and reducing secretion when
  • المواد الخفية: خلايا النسيج مُغلقة داخل حمراء شبه قابلة للتداول تحميها من نظام المناعة الخاص بالمتلقي - تمنع الهجوم من قبل الأجسام المضادة والزنزانات وغيرها من المكونات المناعية - مع السماح بالغموض والإندولين والأكسجين والمغذيات بأن تمر من خلاله.
  • Implantation platform:] The encapsulated cells may be placed in a macroscopic chamber (often a flat sheet or tube) or as microscopic capsules. Some devices also include an integrated glucose sensor or wireless communication module for external monitoring.

أنواع الكبش

وتندرج استراتيجيات الكبسولات في فئتين عامتين: الكبسولات الكلية والاختراعات الدقيقة، وفي الكبسولات الكلية، يوجد عدد كبير من الخلايا داخل غرفة واحدة أو ذات مضاعفات، ويتيح هذا النهج استرجاع الأوكسجين بسهولة إذا لزم الأمر ويمكن أن يُعَلَّم لتحسين عملية تسليم الأوكسجين، وتشمل الأمثلة على ذلك جهاز الحرق المغناطيسي الذي يحتوي على ميثود غير قابل للاختراق يسمح بالدم المباشر.

How Bioartificial Pancreases Work

إن الوظيفة الفيزيائية لعموم القلب، تعتمد على القدرة المتأصلة لخلايا بيتا على الشعور بتركيز الغلوكوس عن طريق جهاز النقل GLUT2، وجهاز التزييف الغلوكيناسي، عندما يرتفع غلوكوز، فإن الخلايا الفوقية تزيد من سر النسيج السطحي في غضون دقائق، ويجب أن تسمح النسيج السريع للدم في النسيج الغلياني.

وبعض النماذج الأولية المتقدمة تتضمن طبقة منفصلة مدرة للأكسجين أو تستخدم ناقلات الأكسجين للحفاظ على صلاحية الخلايا، كما قام الباحثون في السنوات الأخيرة بوضع مواد " ذكية " تستجيب للإشارات الفيزيائية - مثل الهيدروجيلات التي تتورم أو تتعاقد استجابة لمستويات الغلوكوز لإطلاق الأنسولين بسرعة أكبر، وتهدف هذه الابتكارات إلى تقصير فترة التكلور بين ارتفاع الغلوكوس والإطلاق فيسولين.

المزايا على المنشآت التقليدية

القضاء على الاكتئاب

إن أهم ميزة في أجهزة البنكرياس ذات الطابع الحيوي هي إمكانية تجنب العقاقير غير المسببة للضغوط التي تدوم مدى الحياة، حيث إن عملية زرع الأعمدة أو زرعها تتطلب عادة إكساداً قوياً، مما يزيد من خطر الإصابة بالعدوى، والخصائص، والسمية الناقصة، وغير ذلك من الآثار الجانبية، وذلك بعزل الخلايا المؤهلة للزراعة من خلال استخدام نظام الصبغة.

معالجة النقص في المانحين

وتتوقف شحّة المانحون على الاختناقات الكبيرة، إذ أن عملية زراعة الخيوط الحالية تتوقف على أجهزة من المانحين المتوفين، ويُجرى سنويا أقل من 000 2 عملية زرع بطاطس في الولايات المتحدة، ويمكن أن تستخدم الأجهزة الحيوية مصادر خلوية بديلة مثل الخلايا الجذعية المتولدة عن الخلايا (الجرعات المتولدة عن الخلايا، أو القاذفات المجهزة بالسكر)، ويمكن أن تستخدم الخلايا الخلوية في شكل خلايا الخلايا الخلايا الخلوية.

زرع المعادن

إن عملية زرع البلازما بأكملها هي إجراء جراحي رئيسي يُعتبر مرضاً كبيراً، بما في ذلك المضاعفات الفيزيائية والتهاب الأعمدة الوعائية والرفض، كما أن عملية زرع الخيوط أقل غزاً (الدخان في الوريد الموصل)، ولكنها لا تزال تتطلب تطويقاً، كما أنها تنطوي على مخاطر مثل النزيف وضغط ضغط الدم، ويمكن أن تُزرع معظم أجهزة التفريغ الأحيائي في إطارات.

تحسين نوعية الحياة ومكافحة الداء

A fully functional bioartificial pancreas would provide glucose-responsive insulin delivery around the clock, freeing the patient from the constant need to calculate insulin doses, count carbohydrates, and anticipate exercise or stress events. Studies of islet transplantation have shown that successful grafts lead to insulin independence and normalization of HbA1c. The bioartificial approach aims to achieve similar metabolic outcomes while eliminating the need for immunosuppression, potentially offering a net improvement in quality of life.

التحديات الراهنة والحواجز

Oxygen Supply and Cell Viability

ومن أهم العقبات التي تحول دون تسليم الأوكسجين إلى الخلايا المكبسولة، وفي البنكرياس الأصلي، تتلقى الجزر الأكسجين من شبكة الكثيفة من الأغطية، وتعتمد الخلايا المصنَّعة، ولا سيما تلك التي توضع في غرف كبيرة، على المكشوفات وحدها، التي تقتصر على عمق حوالي 200 إلى 300 ميكروميت، وبدون إمدادات قوية من الدم، يمكن أن تصبح الخلايا في صميم الجهاز نادرة.

الاستجابة العينية والرسم

وحتى مع الطلاء، يمكن أن يشكل رد فعل الجسم الأجنبي مشكلة، وقد يهاجم النظام المناعي نفسه، مما يؤدي إلى التليف - كبسولة كولاجين الكثيفة التي تحد من انتشار البلوكوزي والإندولين، كما أن الطحالب المستخدمة في العديد من الكبائن الدقيقة يمكن أن تؤدي إلى استجابات تحريضية، وإن كانت قد أحدثت تغيرا كيميائيا (مثل نماذج الاختزال).

دقة نظام غلوكوسي

وتحتفظ خلايا البيتا المكبسة بقدرتها على الاستشعار عن الغلوكوز، ولكن يمكن أن يحدث تأخيرات، وفي أي من الجزر الطبيعية، فإن الاتصالات داخل الممرات والتداول الجزئي السريع تتيح الاستجابة السريعة، وفي جهاز اصطناعي، فإن نشر الغلوكوز في الكبسولة والإنسولين يمكن أن يستغرق دقائق، مما قد يؤدي إلى انخفاض في عدد الخلايا الارتجاعية.

طول المدة واستعادة القدرة على العمل

ومن الناحية المثالية، فإن البنكرياس الحيوي يعمل لسنوات دون استبداله، غير أن خلايا بيتا لها فترة محدودة من العمر وقد تتعرض لتشويش أو استنفاد على مر الزمن، وقد تتدهور المواد التي تقطع الطلاء أو تصبح أقل قابلية للتلف، وإذا فشلت هذه الأجهزة، فلا بد من استرجاعها - خاصة إذا كانت تحتوي على خلايا حيّة يمكن أن تصبح مسببة للأورام أو أجهزة استخلاص.

المصادر: من الجهات المانحة إلى خلايا ستيم

وسيكون المصدر المثالي للخلية في فطائرات البكريد الأحيائي متاحاً بشكل واف ومأمون ودائم ومستجيب للغلوكوس وقادراً على إنتاج كل من الأنسولين والهرمونات الأخرى (مثل غلوكاغون وسوماتوتسين) من أجل مراقبة دقيقة للغلوكوس، كما أن المضارب البشرية الكارثة هي البدائل، ولكن الإمداد بها محدود للغاية.

خلية ستيم - ديربيفد بيتا

وتختلف الخلايا الجذعية التي تستخدمها شركة " إكسيد " ، وهي خلايا جذعية مسببة للإصابة، وتختلف الخلايا الاختلالات التي تُظهر في الخلايا الخبيثة، وتُظهر خلايا خلايا مُختلَفة جديدة، وتُظهر فيها خلايا مُختلَفة من الكتف، وتُستخدم فيها مواد غير مُستَغَوَّلة.

Xenotransplantation

إن الخنازير التي تُجرى في روسيا، والتي تُجرى في الماضي، هي بدائل واعدة لأن الخنازير لها أنظمة غلوكية مماثلة، وأن تكون أغلفةها معزولة بأعداد كبيرة، والعقبة الرئيسية هي الرفض الحاد للأجسام المضادة للطيور الفلكية ألفا، والرأس الأخضر المختلط الذي يُثبت وجوده على نحو وراثي.

خط خلايا بيتا المحصنة

كما طور العلماء خطوط خليط خليطية من البشر أو الفستق يمكن توسيعها إلى أجل غير مسمى في الثقافة، وكثيرا ما يستخدم خط الأنسولينوما في البحوث، ولكن إمكاناته من الناحية الوراثية تجعله غير ملائم للاستخدام السريري ما لم يقترن بجين انتحاري يمكن تنشيطه إذا بدأت الخلايا البشرية في النمو دون أي منازع.

المحاكمات السريرية والتقدم الحقيقي في العالم

وقد اكتملت عدة تجارب بشرية أو هي قيد التنفيذ، حيث أن أول تجربة سريرية ذات جهاز مكثف من نوع " فيا سيتي " ، وهي تجربة تنطوي على بعض أنواع الاختراق التي تُنتج عن وجود خلية من الأوكتين، وهي عبارة عن مواد مسببة للمرض، وقد أظهرت النتائج أن الخلايا قد نجت منذ أشهر، وأن إنتاجها من قبل " C-peptide " ، ولكن النسيج التلقيح غير الحديدية " .

كما أجريت تجارب على الكفاءات الدقيقة، حيث قامت شركة تقنيات الخلية الحية (التي أصبحت الآن دياترانز) باختبارات عن مواضع جديدة في المرضى البشريين في نيوزيلندا وروسيا، وقد أظهر بعض المرضى انخفاض في متطلبات الانسولين وتحسين الاستقرار الجليدي، رغم أن البقاء على المدى الطويل كان محدودا، وفي وقت أقرب، قام باحثون في معهد بحوث السكري بتطوير " بيئة واعدة " .

For further information on specific trials, see the ClinicalTrials.gov database] and publications from the ]Diabetes Research Institute Foundation.

التكامل مع التكنولوجيا

كما أن الخط الفاصل بين فطائر ذات فتحة حيوية محض ونظام مختلط مغلق هو غير واضح، وبعض أجهزة الجيل القادم تتضمن أجهزة استشعارات مستمرة للغلوكوز وأجهزة إرسال لاسلكية، مثلاً يمكن استكمال النسيج داخل الجهاز بمقياس خارجي يضبط توصيل الأوكسجين استناداً إلى قراءات الغليون في الوقت الحقيقي، ولا سيما إذا كان عنصر الأمان في الخلايا بطيئاً في الاستجابة.

الرصد اللاسلكي للمنافذ المجهزة

ويتمثل أحد التحديات في أنه بمجرد زرع الخلايا، لا يمكن ملاحظة سلامة الخلايا بصورة مباشرة، وتقوم عدة مجموعات بتطوير أجهزة استشعار مزروعة تقيس استهلاك الأوكسجين أو إطلاق الأنسولين أو التحلل الخلوي كمؤشرات لصحة الرذاذ، ويمكن للتفاعل اللاسلكي أن ينقل هذه البيانات إلى جهاز استقبال خارجي، مما سيسمح بالتدخل المبكر - مثل زرع جهاز جديد أو تكييف الأدوية - قبل أن يختبر المريض ارتفاعاً في درجة الحرارة.

الاتجاهات والابتكارات في المستقبل

3D Bioprinting and Tissue Engineering

وباستخدام الطبع الأحيائي 3D، يمكن للباحثين أن يخلقوا خلايا من الخيوط، خلايا من الخيوط، خلايا إندوستية (لتشجيع تكوين سفينة الدم)، ودعم مكونات المصفوفة الخارجية، والهدف هو بناء نسيج كامل يمكن زرعه، ويتيح الطباعة الأحيائية وضع أنواع مختلفة من الخلايا بدقة، وإنشاء قنوات لتدفق الدم، وفي حين أن هذه الأجهزة التكنولوجية لا تزال في المرحلة التمهيدية، تغلب على الحدود الحالية للطاعون.

جين إيديتنغ للإخلاء من إيمون

ويتيح الجمع بين تحرير الجينات والاختلاءات في إطار CRISPR - Cas9 تآزرا قويا، ويمكن تحرير خلايا الخرسانة لحذف مجمع كبير من ملاءمته (MHC) من الدرجة الأولى والفئة الثانية، وللتعبير عن عوامل غير محصّنة من قبيل PD-L1. ويمكن استخدام خلايا " النسيج " هذه دون أي هجوم، رغم أن الاعتراف بخطر التعرض للإصابة.

أماكن بديلة للزراعة

والحيز الفرعي جذاب لأنه غير متفشي إلى حد كبير، ولكنه غير مثقف بشكل جيد، كما أن الحيز الداخلي للمغذيات أفضل، ولكن الأكسجين المحدود وإمكانات التليف، والخيار الواعد هو النسيج، ونسيج سميني عالي التخدير يمكن أن يُتاح بسهولة الوصول إلى اللافتقية.

إدماج خلايا غلوكاغون - السرية

وينجم الداء السكري من النوع الأول عن تدمير جميع أنواع الخلايا الخاليزية، وليس خلايا بيتا فحسب، كما أن جهازا مثاليا سيحتوي على خلايا ألفا لإنتاج الغلوكاغون، مما يحول دون حدوث نقص في الدم، حيث أن بعض الفجلات الحيوية تتضمن الآن خليطا من الخلايا الخردة أو يجري تصميمها للسماح بزراعة أنواع خلايا مختلفة.

الاعتبارات الاقتصادية والتنظيمية

كما أن جلب سراويل ذات قدرة حيوية إلى السوق لا يتطلب نجاحا علميا فحسب، بل يتطلب أيضا وفورات ومسارا صالحين من خلال الوكالات التنظيمية، كما أن تكلفة تصنيع الخلايا التي يتم تجميعها، لا سيما إذا كانت مستمدة من خلايا جذعية متعددة الاحتمالات، مرتفعة جدا - تقدر بعشرات الآلاف من الدولارات لكل مريض، كما أن هناك حاجة إلى أجهزة اختبار طويلة الأجل وآلية لخفض التكاليف.

For an overview of FDA guidance on these combination products, see the FDA Combination Products page].

خاتمة

وتشكل أجهزة الفطائر الحيوية تحولا حقيقيا في معالجة مرض السكري من النوع الأول، وتسخير المعلومات الفيزيائية الخلايا الحية وحمايتها من النظام المناعي بالمواد المصممة، وتتوفر هذه الأجهزة إمكانية توفير وجود دائم ومجاني لملايين المرضى، وتزيد مزايا التحكم في الحد الأدنى من المواد غير المسموح به، بما في ذلك إزالة الامدادات غير المبرومة التقليدية.

وتولد التجارب السريرية الحالية بيانات حاسمة، كما أن الابتكارات في التفريق بين الخلايا الجذعية وتحرير الجينات والمواد الحيوية والهندسة للأجهزة تتسارع في التقدم، مع استمرار الاستثمار من القطاعين العام والخاص، يمكن أن تتاح في العقد القادم مكابح حيوية معتمدة سريريا، وبالنسبة للمجتمع العالمي للسكري، فإن ذلك لا يمثل مجرد تحسين تدريجي بل قفزة تحولية - عالم يُستبدل فيه باستمرار.

وللبقاء على آخر التطورات، يقدم الموقع الشبكي JDRF (Juvenile Diabetes Research Foundation) استعراضا شاملا للبحوث المصطنعة في البنكرياس، بما في ذلك منابر الميكانيكية والأحيائية.