پیشرفت در پوشش های سازگار با Bio برای کاهش واکنش بدن خارجی در سنسور Pancreas مصنوعی

پیشرفت های اخیر در پوشش های سازگار زیستی به طور چشمگیری بهبود عملکرد و طول عمر سنسور های پانکراس مصنوعی است که برای تحویل انسولین خودکار در مدیریت دیابت ضروری است، این سنسور های کوچک ایمپلنت شده یا ترانس به طور مداوم سطح گلوکز را نظارت می کنند و با پمپ های انسولین ارتباط برقرار می کنند، اما اثربخشی آنها به طور تاریخی توسط مکانیسم های دفاع طبیعی بدن محدود شده است.

پاسخ بدن خارجی: یک مانع بیولوژیکی برای عملکرد سنسور

هنگامی که یک شی خارجی به بافت زنده کاشته می شود، بدن شروع به یک آبشار از پاسخ های ایمنی طراحی شده برای انزوا و خنثی کردن مهاجم می کند، این فرایند که به عنوان پاسخ بدن خارجی شناخته می شود، در عرض چند ثانیه از محرک با جذب پروتئین بر روی سطح سنسور شروع می شود، پروتئین هایی مانند آلبومین، فیبرینوژن، و ایمونوگلوبولینبولین یک لایه شرطی سازی را تشکیل می دهند که به طور قوی برای یک نمونه فیبروئیدی از آن استفاده می کند - این پیوند مستقیم پروتئین را جذب می کند، این صفحه، که باعث تقویت می شود.

مکانیسم های آبشار خارجی بدن

پس از جذب پروتئین، سلول های التهابی از جمله نوتروفیل ها و ماکروفاژها به محل ایمپلنت مهاجرت می کنند. ماکروفاژها تلاش می کنند تا این دستگاه را تجزیه کنند و هنگامی که این کار را شکست می دهند، آنها به تشکیل سلول های غول پیکر بدن خارجی متصل می شوند، این سلول ها به طور موثر پنهان کردن cytokins و عوامل رشد هستند که باعث تحریک گسترش تکثیر محیط زیست و رسوب کلاژن می شوند، در طول چند ماه، این ساختار ذرات را محدود می کند، در اطراف یک کپسول پردازشی که به طور دقیق را نشان می دهد.

تاثیر بر دقت سنسور و قابلیت اطمینان

کپسول فیبروس دو پیامد عمده برای عملکرد سنسور دارد.اول، آن را افزایش فاصله انتشار برای مولکول های گلوکز سفر از capillaries به سطح فعال سنسور است.این تاخیر و کاهش غلظت باعث کاهش میزان درد گلوکز، به ویژه در طول نوسانات سریع، محیط پانکراس تولید گونه های اکسیژن واکنشی و سایر متابولیت هایی که می تواند با مکانیسم تشخیص الکتروشیمیایی که اغلب در هنگام خواندن اثرات شدید درد و یا کاهش می یابد، جلوگیری از آن، اغلب به طور تدریجی در حال تغییر در سیستم های کاهش می باشد.

مطالعات بالینی نشان داده اند که دقت سنسور، به طور معمول با میانگین تفاوت نسبی مطلق (MARD) در مقایسه با گلوکز خون مرجع اندازه گیری می شود، به طور قابل توجهی در طول دوره ایمپلنت بدتر می شود. A MARD افزایش از 10٪ به 15٪ یا بالاتر می تواند منجر به جبران انسولین نادرست در هر هفته شود، افزایش خطر ابتلا به هیپوa یا هیپرگلیسمی برای سیستم های پانکراس مصنوعی، که بر روی داده های واقعی برای تنظیم دقیق انسولین، حتی کاهش مصرف آن ها، کاهش می تواند باعث کاهش مصرف انسولین شود.

نوآوری در پوشش های سازگار با Bio: استراتژی برای Mitigate FBR

برای رفع این چالش ها، محققان یک آرایه گسترده از پوشش های سازگار با زیست را طراحی کرده اند که برای تداخل در مراحل مختلف پاسخ بدن خارجی طراحی شده اند.هدف این است که یک سطح سنسور ایجاد کنید که یا جذب پروتئین را دفع می کند، التهاب محلی را سرکوب می کند یا ادغام با بافت میزبان را ترویج می کند. امیدوار کننده ترین روش ها چندین مکانیسم را به یک پوشش واحد ترکیب می کنند.

پوشش های هیدروفیلیک و Zwitterionic

پوشش های هیدروفیل، مانند مواردی که بر اساس پلی (elio گلیکول) (PEG)، تشکیل یک لایه آبرسان بر سطح سنسور که به طور معمول مانع جذب پروتئین طولانی مدت می شود، PEG به طور گسترده ای به دلیل سمیت کم و ثابت شده آن، حاوی بیوتوکسیت، استفاده می شود، اما می تواند در شرایط فیزیولوژیکی اکسید شود، محدود کردن اثربخشی طولانی مدت، کاهش حساسیت پلیمری (foughion) به طور دقیق و مولکول های حاوی پروتئین های شیمیایی (fabox) آن را به دلیل عدم مقاومت شیمیایی و ثابت می کند.

علاوه بر دفع پروتئین، پوشش های هیدروفیلیک همچنین باعث کاهش چسبندگی ماکروفاژها و فیبروبلاستها می شوند، در نتیجه به تاخیر انداختن تشکیل سلول های غول پیکر بدن خارجی و کپسولاسیون فیبروس می شود، این پوشش ها اغلب از طریق پوشش دیپلینگ، پیوند شیمیایی، یا پلیمریزاسیون پلاسما، استفاده می شوند، و آنها را با فرآیندهای تولید موجود سازگار می کند، با این حال، تکنیک های کنترل هیدرولیز در محیط های بالقوه می تواند به حفظ آلودگی آب و یا محیط های کنترل کننده ای که می تواند یک محیط های پوشش را تقویت کند.

پوشش ضد تورم و تنظیم ایمنی

یکی دیگر از استراتژی های موثر شامل پوشش سنسور با مواد است که به طور فعال سرکوب پاسخ ایمنی محلی. [۱] پوشش های ضد التهابی می توانند داروهایی مانند dexamethasone، Sirolimus یا غیر استروئیدی را شامل کنند که به آرامی در بافت اطراف آزاد می شوند. Dexametone-eluting پوشش، به عنوان مثال، کاهش مطالعات و فعال سازی ماکروفاژها، کاهش سطح اولیه اسیدهای ضد التهابی مانند اسید فولیک.

پوشش های تنظیم کننده سیلیکا با ترویج یک محیط ضد شفا، بافت-regenerative محیط، به عنوان مثال، پوشش هایی که Interleukin-4 یا interleukin-13 را منتشر می کنند، می توانند ماکروفاژها را به سمت یک M2 (pro-pro-pro-pro-action) فنونیپ تجزیه کنند، به جای نمونه M1 enotype که این تغییر فیبروس را کاهش می دهد و جلوگیری از اتصال های کوچک مانند اکسیژن و پروتئین.

Biomimetic و Nanostructured Surfaces

با الهام از رابط های طبیعی بافت، پوشش های بیوشیمیاتیک نشانه های فیزیکی و شیمیایی ماتریس اضافی را تکرار می کنند. سطوح نانوساختار یافته با توپوگرافی دقیق کنترل شده - مانند نانوپیول ها، نانوووف ها یا شبکه های متخلخل از طریق سیگنال های بافتی، نشان می دهد که سطوح با اندازه بین 100 نانومتر و 1μm کاهش ماکروفاژ را کاهش می دهد که باعث ایجاد یک واکنش غیر منطقی نسبت به سلول های سیگنال دهی شده است.

یکی دیگر از روش های زیستmimetic از پوشش های متشکل از پلیمرهای طبیعی مانند اسید هیالورونیک، chitosan یا کلاژن استفاده می کند که به طور ذاتی توسط بدن به عنوان مواد غیر خارجی ترکیب شده با ترکیب هیدروژل های مصنوعی با اجزای اضافی اسید تنظیم شده است: مطابقت بین ثبات مکانیکی و بی طرفی، به عنوان مثال، یک PEG-diaRaylate یکپارچه با تأیید شدید اسید (ببک طبیعی) در حالی که می تواند یک پوشش طبیعی را ارائه دهد.

پوشش های مواد مخدر و سیستم های تحویل محلی

فراتر از پوشش های تک ژن، پوشش های چند منظوره که دو یا چند عامل درمانی دیگر را آزاد می کنند، به عنوان مثال، یک پوشش ممکن است یک گلوکوکورتیک ضد التهابی را با یک عامل ضد تکثیر کننده مانند litaxbe برای جلوگیری از التهاب و جلوگیری از انتشار کنترل فیبروبلاست از طریق آزمایش های پلیمری غیر قابل تجزیه مانند مسدود کننده اولیه اسید (مانند مسدود کننده اسید مزمن) یا آزاد کردن اسید است.

نوآوری های اخیر شامل پوشش هایی است که اکسید نیتریک (NO) را به صورت محلی آزاد می کنند، که نشان دهنده خواص ضد التهابی و ضد ملانومی قوی است.پوشش های بدون پوشش نشان داده اند فعال سازی پلاکت کاهش یافته و چسبندگی ماکروفاژ در vitro، اما نیمه عمر کوتاه آنها در داخل بدن نیازمند بازسازی مداوم، ترکیب مجدد، مصرف طولانی مدت محققان در حال حاضر در حال توسعه لایه های زیستی است که به طور مداوم از آنزیم های گوشتی استفاده می کنند.

ارزیابی پوشش Efficacy: از PO به Bedside

ارزیابی عملکرد پوشش های سازگار با زیست نیاز به ترکیبی از در نمونه های آزمایشگاهی، مدل های ex vivo و در مطالعات حیوانی قبل از آزمایش انسان است. معیارهای ارزیابی استاندارد شامل اندازه گیری پروتئین، سلول چسبندگی به چالش کشیدن تکنیک های مقایسه ای، مدل های التهابی و تجزیه و تحلیل او از ضخامت فیبرbrous است. این زمینه همچنین در حال حرکت به سمت تکنیک های اندازه گیری بهتر است، به عنوان مدل های مقایسه فعلی و مقایسه با حیوانات و تجزیه و تحلیل های موجود در مقایسه با ضخامت کپسول.

در Vitro و در آزمایش Vivo

غربالگری اولیه اغلب از یک سیستم اتاق جریان استفاده می کند که پروتئین ها یا سلول های فلورسنت بر روی سطوح پوشش داده شده عبور می کنند و چسبندگی به طور فزاینده ای توسط میکروسکوپ اندازه گیری می شود.برای پوشش های ضد التهابی، خطوط سلول ماکروفاژ در پوشش ضخامت خاص در هفته های M1 ردیابی شده، و سیتوکین های مخفی شده از طریق پوشش بالا و برش بالا به نمونه های برشی که فقط به ضخامت کلید ردیابی شده است، اندازه گیری می شوند.

مدل های حیوانی بزرگ، مانند خوک، برای تقلید پاسخ های بافت انسانی بیشتر از قبل از پیشرفت به کارآزمایی های بالینی استفاده می شوند.در این مدل ها، زمان بقا سنسور و دقت تحت شرایط تغییر سریع گلوکز سریع (به عنوان مثال، وعده های غذایی، ورزش) مطالعات اخیر با سنسورهای پوشش zwitterionic در مینیپی نشان داد که بقای عملکردی برای بیش از 60 روز - بهبود قابل توجه در حال حاضر (F) کاهش می یابد.

نتایج بالینی و طولانی مدت

در حالی که بسیاری از فن آوری های پوشش در مراحل پیش بالینی باقی مانده است، چند نفر وارد مطالعات اولیه امکان سنجی انسان شده اند.یک مثال قابل توجه یک پوشش هیدروژل با تجزیه و تحلیل یکپارچه dexamethasone microspheres است که در یک گروه کوچک از بیماران مبتلا به دیابت نوع 1، نتایج اولیه نشان داد که سنسورهای پوشش داده شده در داخل یک MARD از 12٪ برای 21 روز، در مقایسه با 10 تا 14 روز برای سنسورهای استاندارد، تشخیص داده شده است که در حال حاضر کمتر از بیماران مبتلا به طور تصادفی هستند و اثرات آن نیاز است.

چشم انداز تجاری نیز در حال تغییر است، با شرکت هایی که در پوشش های سازگار با زیستی اختصاصی سرمایه گذاری می کنند، به عنوان مثال، برخی از تولید کنندگان در حال بررسی پوشش های مبتنی بر سیلیکون هستند که ترکیب اکسیژن با پروتئین پایین است که برخی دیگر در حال توسعه پوشش های زیست محیطی هستند که پس از یک دوره تنظیم، ترک یک سطح سنسور کامل یکپارچه است.این نوآوری ها می تواند راه را برای سنسورهای مصنوعی که ماه های گذشته به جای استفاده از تنظیم کننده های مستقل از محصولات، تنظیم کننده، تنظیم کند:

مسیر های آینده و تکنولوژی های نوظهور

نسل بعدی پوشش های سازگار با زیست احتمالا هوشمند و پاسخگو خواهد بود، قادر به انطباق با محیط در حال تغییر بدن در زمان واقعی است.این سیستم ها باید پیچیدگی را با قابلیت اطمینان متعادل کنند، زیرا اجزای فعال اضافی نقاط شکست بالقوه را معرفی می کنند.

پوشش های هوشمند به Glucose یا I التهابی پاسخگو هستند

محققان در حال طراحی پوشش هایی هستند که تنها زمانی که با افزایش سطح نشانگرهای التهابی، مانند گونه های اکسیژن واکنشی یا داخللوکین-6 ایجاد می شوند، این پوشش های "هوشمند" از پلیمرهای با واکنش آنزیم یا واکنش به pH استفاده می کنند که به طور خاص در حضور این سیگنال ها تجزیه می شوند، با ارائه داروها در معرض خطر سیستم های سیستم های سیستم های سیستم های سیستم های سیستم های سیستم های سیستم شناختی و محافظت از آن ها، در هنگام دسترسی به طور مشابه، جلوگیری از انتشار سریع گلوکز و یا واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های پروتئینی که به آن ها هستند، می کنند، اما کاهش می توانند به طور منظم به طور منظم، جلوگیری از آن ها را بهبود دهند، به طور دقیق، اما کاهش دهند، به طور منظم، به طور دقیق در دسترس بودن واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های واکنش های آلرژیک به گلوکز را بهبود دهند.

ترکیب پوشش با جبران الگوریتم پیشرفته

حتی بهترین پوشش نمی تواند به طور کامل FBR را از بین ببرد، در نتیجه محققان با ترکیب نوآوری های پوشش با الگوریتم های یادگیری ماشین که می تواند حرکت سنسور را به دلیل بی تحرکی مداوم نظارت مداوم و یا سایر پارامترهای الکتریکی، الگوریتم ها می توانند سنسور را در نرم افزار اصلاح کنند، گسترش زندگی سنسور قابل استفاده.The synergy بین مواد پیشرفته و روش های محاسباتی وعده می دهد یک راه حل قوی برای نظارت طولانی مدت توانایی یادگیری دقیق و فعال در مورد استفاده از داده های پیشرفته است.

پوشش های زیست محیطی و سنسور های قابل نظارت

رویکرد آینده نگر دیگر شامل پوشش هایی است که به طور کامل تجزیه و تحلیل شده و توسط بدن پس از یک دوره تعریف شده است.این اجازه می دهد سنسور بدون نیاز به کاشت جراحی جذب شود، در حالی که الکترونیک قابل بازیافت هنوز تجربی، دستگاه های اثبات مفهوم ساخته شده از منیزیم، ابریشم و پلی ( اسید ضدکوئیکتیک) برای تشخیص عفونت اولیه است - اگر به تدریج کاهش یافته است، تشخیص داده شده است که به طور دقیق است.

نگاهی به Ahead

چالش مداوم پاسخ بدن خارجی یک تنگنا بزرگ در توسعه سیستم های کاملاً ایمپلنت مصنوعی است، با این حال، پیشرفت سریع در فن آوری های پوشش سازگار با زیست محیطی - از پلیمرها هیدروفیلیک و لایه های مصرف مواد مخدر به سطوح زیستی نانو، بهبود قابل اعتماد تر از کشف حیات، در نهایت، هر استراتژی مزایای منحصر به فرد را به فرد می آورد، و موثرترین راه حل ها احتمالاً مکانیسم های جایگزین چندگانه را به همراه خواهد آورد، زیرا این مواد تحویل پایدارتر از تجزیه و تحلیل های علمی را می تواند به طور قابل اعتماد تر کند، به دنبال بهبود داده های دسترسی تر باشد، به بیماران باشد.