הפיתוח של מכשירים ביו-א מלאכותיים הלבלב מייצג גבול מבטיח בטיפול של סוכרת מסוג 1.עבור מיליוני אנשים החיים עם מצב זה, הנטל היומי של ניטור גלוקוז בדם, זריקות אינסולין, ואת הסיכון הקבוע של hypoglycemia או היפרגליקמיה יכול להיות מתיש ומסוכן. בעוד phencreas מסורתיות או הוא השתלת השתלות יכול לספק תרופה פונקציונלית, אפשרויות אלה מוגבלות מאוד על ידי מחסור תורם וצורך עבור תאים מדכאים אלה כדי לפתח מערכת אקולוגית חיים.

מה הם מכשירים מלאכותיים Pancreas?

מכשיר לבלב מלאכותי הוא מערכת היברידית המשלבת רקמות ביולוגית - בדרך כלל תאים סודיים אינסולין - עם חומרים סינתטיים רכיבים אלקטרוניים לעתים קרובות להסדיר באופן אוטונומי גלוקוז בדם.עיקרון הליבה הוא לספק אספקה רציפה, מבוקרת משוב של אינסולין מבלי לדרוש התערבות של משתמשים. בניגוד להפרעות פאן מלאכותיות לחלוטין (משאבות אינסולין עם צגים גלוקוז מתמשך), מכשירים מלאכותיים להסתמך על תאים חיים כדי לייצר רמות גלוקוז פיזיולוגיות מתאימות.

המונחים: bioartificial Pancreas

הלבלב הבוליבי של הביו-אינטאלי האופייני מורכב משלושה מרכיבים עיקריים:

  • (FLT:0) תאים המייצרים אינסולין: FLT:1 הם בדרך כלל תאי המלטה מתרמו הפנקיזים האנושיים, אך עשויים גם להיגזר מתאים גזע, מקורות בעלי חיים (xenotransplantation), או קווים תא מהונדסים גנטית.תאים אלה מגיבים לרמות גלוקוז מקוטבות על ידי סודיות אינסולין כאשר גלוקוז הוא גבוה וצמצום הפרשת כאשר גלוקוז נמוך.
  • חומר קליט:0 (Encapsulation חומר:FLT:1) התאים סגורים בתוך קרום שניתן למגום למחצה שמגן עליהם ממערכת החיסון של הנמען - מניעת התקפה על ידי נוגדנים, תאי T ורכיבים חיסוניים אחרים - תוך מתן גלוקוז, אינסולין, חמצן וחומרים מזינים לעבור.זה נמנע מהצורך בתרופות מדכאות של אימונואידים.
  • (FLT:0) פלטפורמת ה-Mplantation:FLT:1, ניתן להציב תאים מלוכדים בתא מאקרוסקופי (לעתים קרובות דף שטוח או צינור) או כמו כמוסות מיקרוסקופיות. חלק מהמכשירים כוללים גם חיישן גלוקוז משולב או מודול תקשורת אלחוטי למעקב חיצוני.

סוגים של Encapsulation

אסטרטגיות של קיבולת נופלות לשתי קטגוריות רחבות: מאקרו-capsulation ו microencapsulation. במאקרו-capsulation, מספר גדול של תאים ממוקמים בתוך תא יחיד או מפוספס. גישה זו מאפשרת retrieval קלה אם יש צורך וניתן לvascular כדי לשפר את החמצן.

איך להגזים מלאכותיים פועלים

הפונקציה הפיזיולוגית של pancreas bioa מלאכותי מסתמכת על היכולת הטבועה של תאי בטא ריכוז גלוקוז הגיוני באמצעות GLUT2 תחבורה ואנזימים glucokinase. כאשר גלוקוז בדם עולה, תאי בטא להגדיל את הפרשת אינסולין בתוך דקות.המגום encapsulation חייב לאפשר דיפוזיה מהירה של גלוקוז לתוך המכשיר והאינסולין לתוך זרם הדם.

כמה אבטיפוסים מתקדמים משלבים שכבת ייצור חמצן נפרדת או משתמשים בנשאים כדי לשמור על יכולת התא.בשנים האחרונות, החוקרים גם פיתחו חומרים "חכמים" שמגיבים לסימנים פיזיולוגיים – למשל, הידרוג'לים שנפחים או חוזים בתגובה לרמות הגלוקוז כדי לשחרר אינסולין מהר יותר.

יתרונות על פני השתלות מסורתיות

חיסול של Immunosuppression

היתרון המשמעותי ביותר של מכשירי פאן מלאכותיים ביוא-אוריביים הוא הפוטנציאל להימנע מתרופות מדכאות חיסוניות לאורך החיים. השתלת pancreas או השתלות הטלה בדרך כלל דורש דיכוי חיסוני חזק, אשר מגביר את הסיכון לזיהומים, ממאירות, רשלנות, רשלנות, ותופעות לוואי אחרות.על ידי בידוד התאים המושתלים ממערכת החיסון, encapscaps הופכת טיפול הרבה יותר נגיש לילדים אלה שאינם נחשבים כיום, כולל סיבוכים קלים, כולל סיבוכים, כולל אלה שאינם זכאים כיום, כמו גם עם סיבוכים, ותופעות לוואי.

כתובת: Donor Shortage

המחסור בפנסיות התורמות הוא צוואר בקבוק גדול.השתלת הסלקציה הנוכחית תלויה באיברים מתורמים שנפטרו, ופחות מ-2,000 השתלות הלבלב מבוצעות מדי שנה בארצות הברית.המכשירים המלאכותיים יכולים להשתמש במקורות תאים חלופיים כגון תאי גזע דמויי תא (התאים המנוצלים בתאים, או SC-iston), תאים קסניים ממודלים גנטית, אם הם יכולים להפוך לתאים קלים לתאים קלים לתאיים, ולא להיות מוכרים, או לרפא תאים מינוריים, או תאים מינוריים, או מוכרים, או מוכרים, או מוכרים, או מוכרים, או תאים מיומים, או מוכרים, או ממין, או ממין, או ממין, או ממין, או ממין, או ממין, או תאים מיומנים, או ממין, או ממין, או תאים מיומנים, או ממין, או תאים מיומנים, או תאים מיומנים, או ממין, או ממין, או תאים מיומנים, או ממין, או תאים מיומנים, או ממין, או ממין, או תאים מיומנים, או ממין, או תאים מיומנים, או תאים מיומנים, או ממין, או ממין, או תאים מיומנים, או תאים

השתלות פולשניות

השתלת סחף שלמה היא הליך כירורגי גדול עם תחלואה משמעותית, כולל סיבוכים פולשניים, graft pancreatitis, ודחייה אייט השתלה הוא פחות פולשני (ההיתוך לתוך דליק הפורטל), אבל זה עדיין דורש קתטריזציה נושאת סיכונים כגון דימום ופורטל hypertension. רובהתקני הלבלב מלאכותיים יכול להיות מושתל באמצעות תת-קרקעי פשוט בתוך טיפול microparosic או ירידה זמן.

איכות חיים משופרת ובקרת מטאבולית

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.

אתגרים ומכשולים

אספקת חמצן וזמינות תאים

אחד ההוורדים הקריטיים ביותר הוא להבטיח משלוח חמצן מספיק לתאי המבודדים.במכשירים הילידים, islets לקבל חמצן מרשת צפופה של capillaries. Encapsulated תאים, במיוחד אלה שמוצבים בתאי ענק, להסתמך על דיפוזיה בודדת, אשר מוגבל לחמצן של כ-200-300 מיקרומטרים.

תגובה ראשונה ופיברוזה

גם עם capsulation, התגובה של גוף זר יכולה להוות בעיה.מערכת החיסון עלולה לתקוף את המכשיר עצמו, המוביל פיברוזיס - קפסולת קולגן צפופה שמגבילה עוד יותר את הפיזור של גלוקוז ואינסולין.האלג'ינטה בשימוש במיקרו-קומפונקציות רבות יכול לגרום לתגובות דלקתיות, אם כי בסופו של דבר חדש יותר כימיקלים יותר מאשר חניכיים-מדומים) הראו ירידה בדגמיים המשמשים לחלבון מוקדם יותר, יש צורך בדגמיים, אשר יש צורך באופן דומה, אשר יש לשנות את החומרים הפחתת חומרים ממעבדים, אשר ניתן לשנות את החומרים המקדימים באופן דומה, כמו מאקרו-מדומים, כמו מאקרו-מדומים, כמו מאקרו-אופטימיים, כמו מאקרו-מדומים, כמו מאקרו-ל-ל-ל-ל-ל-ל-ל-מדומים, כמו מאקרו-מדומים, אשר ניתן לשנות באופן דומה, כמו מאקרו-מדומים, כמו מאקרו-מדומים, כמו מאקרו-מדומים, כמו מפונקפטיים, כמו מפונקטיביים-מדומים, כמו מאקרו-מדומים, כמו מאקרו-מדומים, כמו מאקרו-מדומים,

המונחים: Glucose Regulation

תאי הבטא המבודדים שומרים על יכולת הגלוקוז הפנימית שלהם, אבל יכול להיות עיכובים. בשקע טבעי, תקשורת תוך-הלטה ומיקרו-קירון מהיר מאפשרים תגובה מהירה.במכשיר מלאכותי, דיפוזיה של גלוקוז לתוך הקפסולה והאינסולין החוצה יכול לקחת דקות, ובכך לגרום לגילוקליקמיה פוסט-פרונטלית.

תנאי ארוך והתחדשות

באופן אידיאלי, pancreas ביו-אינטיבי יהיה לתפקד במשך שנים ללא תחליף.עם זאת, לתאי בטא יש תוחלת חיים סופית ועשוי לעבור אפופטוזיס או תשישות לאורך זמן.חומר ה-capsulation עשוי לפגום או להיות פחות משמעותי.אם המכשיר נכשל, זה חייב להיות retrivable - במיוחד אם הוא מכיל תאים חיים שיכולים להפוך לצמחוני או בעייתי.

מקור: From Donors to Stem Cells

מקור התא האידיאלי ל pancreas ביו-א מלאכותי יהיה זמין בשפע, בטוח, עמיד, גלוקוז-responsive, ומסוגל לייצר הן אינסולין והן הורמונים אחרים (למשל, glucagon ו somatostatin) עבור בקרת גלוקוז מדויקת. Cadaveric האדם הוא תקן הזהב, אבל האספקה מוגבלת מאוד.

Stem Cell-Derived Beta Cells

תאי גזע עובריים (hESCs) ו תאי גזע בולטים הראו (iPSCs) ניתן להבדיל לתוך תאים המייצרים אינסולין.ה- ViaCyte פיתחה תאים פרוגנוגניטיביים הלבלביים מ hESCs כי בוגר לתוך תאי בטא פונקציונליים לאחר השתלת.ה-pEC שלהם, אשר משתמשת תאי עצבן לא-מוח, מוקדם יותר הראה שימושים דלקתיים דלקתיים חדשים עבור דלקתיים דלקתיים (D) אך גם כן, אך ורק לאחר טיפול תרופתי.

Xenotransplantation

פורקיין היא אלטרנטיבה מבטיחה כי חזירים יש רגולציה דומה גלוקוז ואת השלישים שלהם ניתן מבודד במספרים גדולים.המחסום העיקרי הוא היפר-מטר דחייה מכוונת על ידי נוגדנים טרום-החמצמים נגד ⁇ Gal אפיטופים. חזירים מהונדסים גנטית כי חסר ⁇ Gal (למשל, GTKO Pigs) ו- HIV הגנה אנושי יכול להפחית מאוד.

המונחים: Beta Cell

מדענים גם פיתחו קווי תאים אנושיים או עכבריים אלמוות שניתן להרחיב ללא הגבלת זמן בתרבות.אינסומה העכבר (MIN6) משמש לעתים קרובות במחקר, אך הפוטנציאל הגדל שלה הופך אותו לבלתי מתאים לשימוש קליני אלא אם כן יחד עם גן מתאבד שניתן להפעיל אם התאים מתחילים לגדול ללא שליטה.

ניסויים קליניים והתקדמות עולמית

כמה ניסויים אנושיים הושלמו או נמצאים בעיצומו. הניסוי הקליני הראשון עם מכשיר מקרו-קמצוע נערך על ידי ViaCyte: מכשיר PEC-Encap (VC-01) הושתל באופן תת-תזונה מסוג 1 חולי סוכרת.תוצאות הראו כי התאים שרדו במשך חודשים ויצרו C-peptide, אבל המכשיר לא- ⁇ n-mbrane מונעים את החיסרון הדם, אשר הוביל ל-iOSDOSDOSDOS (אך) לאחר מכן, אך מאפשר טיפול תרופתי אחר, אך ורק לאחר מכן, לאחר מכן, לאחר מכן, טיפול תרופתי, כולל טיפול תרופתי, כולל טיפול תרופתי, טיפול תרופתי, כולל טיפול תרופתי, לאחר מכן, כולל טיפול ב-PTC-PT2.

ניסויים מיקרונופטרולציה נערכו גם.החברה Living Cell Technologies (כיום Diatranz) נבדקה מטביעה את ה-Neonatal porcine בחולי אדם בניו זילנד וברוסיה.חלק מהחולים הראו דרישות אינסולין מופחתות ושיפור יציבות גליגליצרית, אם כי הישרדות לטווח ארוך הייתה מוגבלת.אחרונה, חוקרים במכון המחקר לסוכרת (DRI) פיתחו "אפקטים אדירים" המאפשרים אלה נמצאים כעת עם התפתחות קלינית, והיא מאפשרת טיפול רפואי נרחב יותר, ללא שינוי, והוא מאפשר, כיום, הוא בעל השפעה, הוא בעל השפעה רפואית, והוא מאפשר, והוא מאפשר, עם התפתחות ביולוגית, והוא מאפשר, והוא מאפשר, והוא מאפשר, עם התפתחותומים, הוא זמין, הוא זמין, עם זאת, עם תוצאות קליני, עם התפתחות גבוהה יותר, עם התפתחות גבוהה יותר, עם התפתחות גבוהה יותר, עם תוצאות, עם התפתחותודות, כיום, עם זאת, עם התפתחותודות, עם התפתחותו של סרטן, עם התפתחות ביולוגית, כיום, כיום, עם התפתחותו של מחקר מדעי, עם התפתחותו של סרטן, הוא מאפשר, עם התפתחות ביולוגית, עם התפתחות גבוהה יותר, עם התפתחותו, עם התפתחותו של סרטן, עם זאת, הוא מאפשר, הוא מאפשר, הוא מאפשר, הוא מאפשר, הוא מאפשר, הוא מאפשר, עם התפתחותו

למידע נוסף על ניסויים ספציפיים, ראה את ה-FLT:0 ⁇ .gov מסד הנתונים של ⁇ FLT:1 ופרסומים מן ה-FLT:2Diabetes Research Institute FoundationFLT 3.

שילוב עם טכנולוגיה

הקו בין pancreas ביו-א מלאכותי טהור ומערכת היברידית סגורה הוא מטושטש.כמה מכשירים הדור הבא משלבים חיישני גלוקוז רציף ומדרים אלחוטיים.לדוגמה, הקטר בתוך המכשיר עשוי להיות מתווסף על ידי אלגוריתם חיצוני שמתאים את האינסולין בהתבסס על רמות גלוקוז בזמן אמת, במיוחד אם המרכיב התאי איטי להגיב כך הלבלבוני" משלב את היתרונות הביולוגיים של אינסולין ומעבדים (אונקמיים) עם תרופות אבטחה נמוכות יותר, כמו גם עם חומרים מזינים אחרים).

מעקב אלחוטי של Grafts

אתגר אחד הוא כי, פעם מושתלים, את הכדאיות של התאים לא ניתן לראות ישירות.קבוצות מסוימות מתפתחות חיישנים מושתלים המדידה צריכת חמצן, שחרור אינסולין, או חילוף החומרים התאיים כאינדיקטורים של בריאות הגרעת.ממשק אלחוטי יכול להעביר את הנתונים האלה למקלט חיצוני.זה יאפשר התערבות מוקדמת - כגון השתלת מכשיר חדש או התאמת תרופות - לפני חוויות היפרגלימיה המטופל.

כיוונים עתידיים וחדשנות

3D Bioprinting ו-Tissue Engineering

באמצעות הדפסה תלת מימדית, החוקרים יכולים ליצור מספרד המכיל תאים בטא, תאים נוסטלליים (לקידום היווצרות כלי דם), ולתמוך ברכיבי ממטריקס חוץ סלולריים.המטרה היא לבנות איבר מאוברקלי לחלוטין שניתן לשתול. bioprinting מאפשר מיקום מדויק של סוגים תאים שונים ויצירת ערוצים לזרימת דם.

ג'ין עורך עבור השקעת החיסון

השילוב של CRISPR-Cas9 גידור ו- encapsulation מציע סינרגיה חזקה תאי גזע Stem ניתן לערוך כדי למחוק את המורכבות העיקרית של תקופת ה-MRC (MHC) I ו-class II מולקולות, וכדי לבטא גורמים ניתונים חיסוניים כגון PD-L1. תאים "universal" אלה יכולים לשמש ללא כל encapsulation, למרות הסיכון של הכרה חיסונית או תאים פגומים (N) עשויים לשרוד בתוך תאים חסומים (NK) אחרים עלולים יותר.

אתרי Implantation

החלל התת-קרקעי הוא אטרקטיבי כי הוא פולשני מינימלי, אבל זה הוא מעוקל למדי.מרחב intraperitoneal יש אספקה תזונתית טובה יותר, אבל חמצן מוגבל ופוטנציאל עבור fibrosis. חלופה מבטיחה הוא omentum, עצם מושתל מאוד פולשנית מאוד שניתן לגשת בקלות לניסויי חמצן מפוכחים אחרים, כאשר טכניקה דלקת ריאות בנוית של קפסולת אחת, אפילו יותר, הוא בעל רגישות חיסונית אחת, או יותר, הוא בעל רגישות גבוהה יותר, אפילו יותר, או יותר, כאשר הוא בעל גוף כבד.

שילוב של תאים סודיים-Glucagon-secreting

סוכרת מסוג 1 נובעת מההרס של כל סוגי תאי תאי ה-let, לא רק תאי בטא.מכשיר אידיאלי יכלול גם תאים אלפא לייצר glucagon, מניעת hypoglycemia. כמה סוללות ביו-א מלאכותיות עכשיו כוללות תערובת של תאי הולט או נועדו לאפשר co-תרבות של סוגים שונים של תאים. Preliminary מחקרים בבעלי חיים עם מכשירי אלפא / Beta להראות יותר נגד-regulation ו hypoglycemia פחות.

שיקולים כלכליים והיסטוריים

להביא pancreas מלאכותי לשוק דורש לא רק הצלחה מדעית אלא גם כלכלה נוחה והמסלול באמצעות סוכנויות רגולטוריות.עלות הייצור מלוכדת תאים, במיוחד אם נגזר תאים גזע בשפע, הוא עכשיו גבוה מאוד - מוערך עשרות אלפי דולרים לחולה. Scale-up ואוטומציה יהיה צורך להפחית עלויות.

סקירה של הנחיות ה-FDA על מוצרים אלה, ראה את ה-FLT:0) ,FDA שילוב מוצרים עמודה של ההרחבה 1.

מסקנה

מכשירים לבלב מלאכותיים מייצגים שינוי פרדיגמה אמיתי בטיפול בסוכרת מסוג 1.על ידי רתום האינטליגנציה הפיזיולוגית של תאים חיים והגנה עליהם ממערכת החיסון עם חומרים מהונדסים, למכשירים אלה יש פוטנציאל לספק קיום מתמשך, ללא אינסולין עבור מיליוני חולים.היתרונות על כל הארגון המסורתי או הוא השתלת השתלות - כולל חיסול של אימונוטיפציה, כמעט בלתי מוגבלת של תאים, מינימליים וספקטיביים, במיוחד, עם לחץ דם, וספקיבי, אך ורקמות, יש צורך משמעותי יותר, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, אך ורקמות, עם זאת, עם זאת, יש צורך משמעותי יותר, עם לחץ דם, אך ורקמות, עם זאת, עם לחץ דם, אך הוא חזק יותר, אך הוא חזק יותר, עם זאת, עם לחץ דם, עם זאת, עם לחץ דם, אך הוא חיוני יותר, עם לחץ דם ארוך טווח, אך הוא קבוע, עם לחץ דם, אך הוא חיוני, עם זאת, עם לחץ דם, אך הוא קבוע, וספקית, עם לחץ דם, אך הוא חיוני יותר, אך הוא קבוע, עם זאת, עם לחץ דם גבוה יותר, אך הוא גם הוא חיוני יותר, אך הוא קבוע, אך הוא קבוע

ניסויים קליניים נוכחיים מייצרים נתונים קריטיים, וחדשנות בגוון תאי גזע, עריכת גנים, ביו-חומרים והנדסה מכשירים הם מאיצים התקדמות.עם השקעה מתמשכת הן במגזרים ציבוריים ופרטיים, פנקלוגיות מלאכותיות שאושרו קלינית יכול להיות זמין בתוך העשור הבא.עבור קהילת הסוכרת העולמית, זה לא ייצג באופן קבוע שיפור הדרגתי, אלא גם זינוקטיבי - שבו הם מוחלפים אינסולין יומיומית ובודדים על ידי אינסולין אחד.

כדי להישאר מעודכן על ההתפתחויות האחרונות, FLT:0JDRF (Juvenile Diabetes Research Foundation) אתר האינטרנט של מחקר סוכרת (Juvenile Diabetes Research Foundation) ,R1 מציע סקירה מקיפה של מחקר הלבלב מלאכותי, כולל פלטפורמות מכניות וביו-א מלאכותיות.