Khả năng của các hệ sinh thái sinh học kết hợp các thành phần sinh học và cơ khí

Khả năng của các hệ sinh thái sinh học kết hợp các thành phần sinh học và cơ khí

Sự phát triển của hệ thống tuyến tụy sinh học đại diện một sự tiến bộ đáng kể trong việc điều trị tiểu đường. Những thiết bị đổi mới này nhắm vào việc bắt chước các chức năng tự nhiên của tuyến tụy bằng cách tích hợp tuyến tụy sinh học và cơ học để điều hòa mức độ lượng đường huyết có hiệu quả. Đối với hàng triệu cá nhân sống với tiểu đường 1 loại, gánh nặng hàng ngày của việc kiểm tra lượng đường huyết áp, insulin, và sự liên tục của bệnh huyết áp huyết học vẫn là một thách thức. Hệ thống tuyến tụy sinh học đặc biệt cung cấp một con đường hướng hướng đến việc kiểm soát lượng đường dẫn đến nhiều chất hữu cơ, giảm nguy cơ cấp mức độ nguy cơ cấp huyết thấp và biến chứng tăng độ lão hóa kinh niên.

Sinh học đằng sau hệ thống quần áo sinh học

Là cho hàm ô và Glucose cảm nhận

Ở trung tâm của bất kỳ tuyến tụy sinh học nào, có thành phần sinh học gây ra sự phát hiện đường đường huyết và chất insulin. Các tuyến tụy tự nhiên thực hiện được điều này qua các cụm tế bào gọi là các tế bào Langerhan, chứa các tế bào beta tiết ra insulin để phản ứng với mức độ tăng lượng đường huyết. Trong hệ thống sinh học sinh học, những tế bào này — hoặc tế bào gốc được lấy ra từ tế bào gốc — được nuôi cấy, và được đặt trong một thiết bị bảo vệ chúng khỏi sự tấn công miễn dịch. Các tế bào phải giữ được khả năng cảm nhận để duy trì sự thay đổi trong thời gian ngắn trong việc tập trung và bí mật với tính lượng insulin.

Những nhà sản xuất tế bào gốc, cư xử như một con thú.

Một trong những phát triển hứa hẹn nhất trong lĩnh vực này là việc sử dụng tế bào gốc tế bào hạt hạt nhân. Vì các tế bào hạt nhân cho tử cung là những tế bào đặc biệt hiếm hoi, có thể sinh sôi được cần thiết để nhận nuôi. Các tế bào gốc đa năng được nuôi dưỡng đa năng. Các tế bào gốc đa năng có thể được điều khiển để phân biệt thành tế bào sản sinh insulin, giống tế bào tự nhiên. Các công ty như chất Vertex và ViaCyte đã tiến bộ hóa các liệu trị liệu này vào lâm sàng, với kết quả sớm cho thấy tế bào gốc có thể chứa tế bào tế bào gốc có thể sinh ra các tế bào trong cơ thể được và sản sinh ra nhiều tế bào insulin hơn năm. Khi kết hợp với một thiết bị miễn dịch, hệ miễn dịch sẽ trở thành các tế bào gây trầm cảm ứng sinh học.

Chiến thuật thu thập sự chú ý

Lớp vỏ bọc là giao diện quan trọng giữa các tế bào sống và hệ thống miễn dịch chủ thể. một vài cách tiếp cận kết nối có, mỗi cách đánh đổi riêng biệt:

• Mô phỏng: Các tế bào được đặt trong một buồng lớn hơn hoặc túi, thường được làm từ các màng có kích cỡ pore có thể đo lường được cho phép lượng đường, insulin, oxy và chất dinh dưỡng để đi qua trong khi ngoại trừ các tế bào và kháng thể. Thí dụ bao gồm các thiết bị Encaptra từ ViaCte và hệ thống Beta-O2 từ Defymed.
• Mô phỏng vi khuẩn:) Mỗi nhóm nhỏ hoặc nhóm tế bào nhỏ được bao phủ bởi lớp hydrogel mỏng, thường được dựa vào để bảo vệ miễn dịch trong khi tối đa hóa bề mặt để trao đổi chất dinh dưỡng. Các vi mô có thể tiêm vào các cụm nhỏ, cung cấp một đường cấy ghép ít nội soi.
• Mặc áo choàng: lớp cao độ áp dụng trực tiếp cho bề mặt tế bào cung cấp kháng sinh nhỏ và giảm phản ứng của cơ thể nước ngoài. kỹ thuật hội tụ lớp-nhân có thể tạo ra lớp vỏ phù hợp để bảo tồn tính bền bỉ và chức năng.

Mỗi chiến lược phải giải quyết vấn đề sản xuất oxy và dinh dưỡng: các tế bào đông đúc phụ thuộc vào sự lan truyền từ các mô xung quanh, và cung cấp không đủ dinh dưỡng dẫn đến hoại tử trung tâm và mất chức năng.

Các cơ khí quan tâm đến các công việc

Bộ theo dõi cảm biến liên tục Glucose

Trong khi các tế bào sinh học cung cấp cảm biến cơ bản, các thành phần cơ học của tuyến tụy sinh học thường bao gồm các thiết bị giám sát liên tục (CGM) cho sự dự phòng, cân chỉnh và an toàn. Hệ thống CGM hiện đại, như các thành phần từ Dexcom và Abbott, bây giờ đạt được những sự khác biệt hoàn toàn tương đối (Tọa độ) bên dưới 10%, nghĩa là sự tiếp cận chính xác của chúng liên tục của các thiết bị đo bằng ngón tay. Tính toán này cho phép hệ thống phát hiện sự dịch chuyển hoặc rối loạn của tế bào và việc chuyển đổi insulin. Sự kết hợp giữa các tế bào sinh học và cảm nhận được tạo ra một sự khác: nếu một chiều có thể cảm nhận được sự phân hủy, một tính năng có thể duy trì tính năng điều khiển khác.

Name

Việc phân phối chất béo trong hệ thống tuyến tụy sinh học có thể xảy ra qua hai tuyến đường chính:

• Chất tiết tế bào: ) Các tế bào đã được kích thích giải phóng insulin trực tiếp vào các mô hoặc máu, tương tự như cơ quan cấy ghép. Đường này cung cấp các i-phô- insulin phản ứng sinh học nhiều nhất nhưng đòi hỏi sự kết hợp chặt chẽ với các vasculature.
• Cách này cho phép sự sinh sản cơ học tăng cường cơ khí: Một máy bơm thu nhỏ cung cấp insulin từ một nguồn bên ngoài để bổ sung các tế bào. Cách tiếp cận này cho phép giao hàng chính xác và bolus có thể bù đắp cho phản ứng của tế bào không đủ. Các công ty như Tandem DemSbetes chăm sóc và Insulet đã phát triển các máy bơm có thể giao diện với các thuật toán có thể điều khiển.

Những tiến bộ gần đây trong công nghệ vi lỏng đã cho phép tạo ra các thiết bị phòng thí nghiệm trên một chip để kết hợp các phòng cấy ghép tế bào, cảm biến đường huyết và ống siêu nhỏ trên một nền tảng. Những hệ thống tuyến tụy vi tính tích hợp được làm giảm âm lượng chết, cải thiện thời gian phản ứng, và giảm thiểu sự ảnh hưởng của thiết bị.

Name

Hệ thống điều khiển tọa độ sinh học và cơ học là bộ não của thiết bị lai. Hệ thống sơ bộ sử dụng các bộ điều khiển tương thích đơn giản (PID) bộ điều khiển, nhưng các tiến trình hiện đại sử dụng mô hình dự đoán (MPC) và các thuật toán phức tạp. Những bộ điều khiển cao cấp này có thể dự đoán các xu hướng của đường cong cơ bản dựa trên dữ liệu lịch sử, thông báo bữa ăn, rồi điều chỉnh các mô hình giao thức insulin trước khi đưa ra. Máy học tập mô hình dữ liệu được đào tạo trên tập hợp lớn dữ liệu dữ liệu kỹ thuật toán và giao thức insulin đang được tích hợp để kiểm soát riêng các tham số của từng bệnh nhân. Việc nghiên cứu [L: 0] Cơ chế sinh học [Fal iical] đã đóng cửa sổ giao thức phát triển [FT] và chỉ mới có khả năng điều khiển các giá trị tương ứng với tổng hợp với tổng hợp các giá trị tương ứng với tổng hợp các giá trị tương ứng với tổng số liệu thời gian và hiệu ứng với tổng hợp của phép xử lý học sinh học sinh học sinh học, có thể.

Hợp nhất và thử thách về tính tương thích sinh học

Cơ thể ngoại quốc phản ứng và chứng bệnh phù du

Hệ miễn dịch tạo ra một phản ứng dẫn đến sự hình thành của mô cấy.

• Các bề mặt thiết bị tương thích với chất chống dính như chất cản đường hay polyethlen glycol
• Giảm bớt thuốc ức chế miễn dịch hoặc kháng viêm tại địa phương từ ma trận thiết bị
• Thiết kế hình học thiết bị để giảm thiểu diện tích bề mặt và loại bỏ cạnh sắc nét gây viêm
• Tạo ra các mô cấy ghép mạch kết hợp với các mô vật chủ hơn là bị cô lập khỏi nó

Sự ô - xi và sự hỗ trợ kỳ diệu

Trong tuyến tụy bản địa, các tiểu cầu có mật độ cao, mỗi tế bào nhận máu từ nhiều màng.

• [Các nguyên liệu sinh học tạo ra khí Oxy: các hợp chất như can-xi peroxide hoặc Natri per carbonate trong ma trận thiết bị giải phóng oxy thông qua phân hủy hóa học
• Các phòng trang trí oxy: ) Thiết bị cung cấp các cổng cho việc nạp oxy hàng ngày, như hệ thống Beta-O2, duy trì sự căng thẳng oxy địa phương cao
• Sự cung cấp oxy quang hợp:).
• Thiết kế thiết bị phân tử:) tạo các giàn giáo xốp khuyến khích mạch máu chủ thể phát triển vào phòng tế bào

Tính tương thích và tính khả dĩ với thiết bị

Các vật liệu được dùng trong tuyến tụy sinh học phải đáp ứng các yêu cầu tương thích chặt chẽ. Chúng không được tách các hợp chất độc hại, phải được dùng trong nhiều năm cấy ghép, và không được tạo ra những chất gây viêm mãn tính. Các vật liệu này có khả năng tăng cường, đa giác (PEEEK), và phải mở rộng polytefluethlenne (PTFE) đã được sử dụng thành công trong các thiết bị cấy ghép khác và đang được thích nghi với các ứng với tuyến tụy sinh học. Một bản ôn lại toàn diện của vật liệu sinh học để tóm tắt tế bào (FEEEK: fB: fio [FMMMMMMHG: FMT), có sẵn sàng [FMTMT, BAR BAR BAR BAR BAR BAR BAR BAR BAR BAR BAR ta dùng trong các thiết kế đặc trưng cho các thiết kế trên cùng với các thiết bị sinh học và mô sinh học và các thiết kế cơ khí học.

Thử thách lâm sàng và nghiên cứu con người

Kết quả của bệnh viện giai đoạn đầu

Hệ thống tuyến tụy sinh học đã được cấy vào bệnh nhân loại 1 giai đoạn 1/2 thử nghiệm. Hệ thống PEC-Dyte (nay là phần của Vertex) PEC-Dirc và PEC-Encap đã được cấy ghép vào cơ quan bệnh nhân loại loại loại loại loại 1 loại 1 trong giai đoạn 1/2 thử nghiệm. Hệ thống PECC-Dircyized cho phép trực tiếp hóa phòng tế bào nhưng đòi hỏi sự miễn dịch hóa, trong khi hệ thống PEC-Encap cung cấp sự bảo vệ miễn dịch (FT: 0) được xuất bản trong [FT: 0] Y khoa [FL-C: CL] chứng minh rằng việc cấy ghép các cấp thiết bị kích thích của người sinh ra mức độ CPiction cho bệnh nhân phát sinh ra một mức độ C2 trong 24 tháng nhất — trong các bệnh nhân bị ám chỉ định mức độ mật.

Hệ thống Beta-O2

Hệ thống Beta O2 được phát triển bởi Defymed đại diện cho một phương pháp tiếp cận vĩ mô với một phòng ô-xi tích hợp. trong thử nghiệm đầu tiên của con người, 5 bệnh nhân nhận được cấy ghép có chứa các tiểu cầu người, và thiết bị được bổ sung với oxy hàng ngày thông qua một cảng ngầm. 4 trong số 5 bệnh nhân đạt được sự tích hợp của C-page posit, và giảm thiểu các yêu cầu của insulin ngoại vi được quan sát. thiết bị được thiết bị được thiết kế sau 6 tháng để kiểm tra an toàn, và phân tích khoa học cho thấy khả thi là có thể đạt được trong các tế bào trong các phòng oxy.

Những thử thách trong việc dịch thuật lâm sàng

Bất chấp những kết quả ban đầu đầy hứa hẹn, những chướng ngại vật còn lại trước khi hệ thống tuyến tụy sinh học trở thành liệu pháp chuẩn:

• Khả năng sử dụng tế bào lâu dài hơn một năm vẫn rất khó để đạt được
• Thiết bị cấy ghép và giải phẫu có nguy cơ nguy hiểm
• Sự biến đổi của phản ứng miễn dịch từ bệnh nhân sang bệnh nhân ảnh hưởng đến kết quả
• Chi phí cho việc sản xuất tế bào và thiết bị là cao
• Đường dẫn điều tiết cho các sản phẩm kết hợp (các tế bào + thiết bị) phức tạp

Tầm nhìn tương lai và kỹ thuật đào sâu

Tiến bộ trong việc sửa đổi gien

Các nhà nghiên cứu là các tế bào gốc kỹ thuật phân tích tế bào gốc có khả năng tương thích với tuyến gen (MC) và các công cụ khác, khiến chúng không thể hiện các tế bào T, và biểu thị protein kiểm soát miễn dịch để ngăn ngừa việc giết tế bào NK. Những tế bào có khả năng được cấy ghép mà không cần thu hồi hay giải phóng miễn dịch, đơn giản hóa đáng kể thiết bị. Một nghiên cứu từ Viện nghiên cứu của Salk đã chứng minh rằng tế bào gốc gen là phản ứng ngược lại trong các tế bào ung thư máu trong các tế bào kháng bệnh tiểu đường trong chín tháng hơn so với các con chuột miễn dịch không có sự bảo vệ miễn dịch.

In và tổ hợp sinh học 3D

Việc in ra sinh học ba chiều giúp việc cấu tạo mô với tổ chức không gian chính xác của tế bào, ma trận tế bào và mạch máu ngoại bào. Đối với ứng dụng tuyến tụy sinh học, các nhà nghiên cứu đang in các cấu trúc cơ quan — mô tuyến tụy nhỏ được cấu tạo lại để kết hợp lại các tế bào và cấu trúc của các tiểu cầu. Những hình cơ quan này có thể được nhúng vào trong một giàn giáo hydrogel có thể hỗ trợ và hướng dẫn hệ thống hô hấp. Khi việc in ra các cấu trúc sinh học cải tiến, có thể in xong một bộ phận sinh học, có thể được cấu tạo hoàn chỉnh với bộ phận cảm biến hóa và các thành bộ phận bơm.

Chuyển đổi dữ liệu và sức mạnh vô tuyến

Hệ thống tuyến tụy sinh học tương lai rất có thể sẽ kết hợp không dây truyền điện và dữ liệu để loại bỏ các kết nối trong quá trình xử lý vi mô có thể gây ra nguy hiểm nhiễm trùng. Sự kết nối giữa khoảng không hoặc giao tiếp gần mặt đất có thể cung cấp năng lượng cho bộ cảm biến và bơm trong khi truyền dữ liệu và trạng thái thiết bị tới một bộ điều khiển bên ngoài hoặc ứng dụng điện thoại thông minh. Các thuật toán điều khiển vô tuyến tính chạy trên bộ xử lý vi xử lý có thể thực hiện các điều chỉnh thời gian thực mà không cần sự can thiệp bên ngoài, cho phép bệnh nhân di chuyển tự do mà không cần mang phần cứng bên ngoài.

Hợp nhất với trí thông minh nhân tạo và những dự đoán phân tích

Sự giàu có của dữ liệu được tạo ra bởi hệ thống giám sát liên tục, mức độ đường ruột, tỷ lệ sinh học, hoạt động, mẫu bữa ăn, là điều hợp lý để phân tích thông minh nhân tạo. mô hình máy có thể dự đoán sự kiện hấp dẫn và siêu đường kính, và các sự kiện từ trường đại học Virginia cho thấy rằng hệ thống sản xuất có thể ngăn chặn sự giảm nồng độ đường huyết và giảm tiểu cầu.

Kết luận

Hệ thống tuyến tụy sinh học kết hợp các thành phần sinh học và cơ học cơ thể biểu thị sự hội tụ của sinh học tế bào, vật liệu, vi điện tử và kiểm soát máy tính. tầm nhìn của một thiết bị có thể cấy ghép hoàn toàn các quy định sinh lý học mà không cần thiết phải có que thử nghiệm, tiêm, hoặc kiên nhẫn không ngừng của bệnh nhân di chuyển từ lý thuyết đến khả năng có thể đạt được. Trong khi những thử thách liên quan đến tế bào, sự bảo vệ miễn dịch, oxy và thiết bị bền vững, tốc độ tiến bộ qua nhiều ngành sinh học cho thấy những chướng ngại vật này có thể vượt qua. thập kỷ sau đó, hứa hẹn để giảm thiểu những vấn đề về việc chăm sóc bệnh tiểu đường và những kết quả của hàng triệu bệnh nhân trên toàn thế giới.