۱۹ فوریهٔ ۲۰۲۶ - یک سیستم جدید ایمپلنت الکترونیکی می‌ تواند به سلول‌ های پانکراسی رشد ‌یافته در آزمایشگاه کمک کند تا بهتر بالغ شوند و عملکرد طبیعی ‌تری داشته باشند؛ دستاوردی که می ‌تواند پایه ‌ای برای درمان ‌های نوینِ مبتنی بر سلول در دیابت باشد. این روش که توسط پژوهشگران دانشکدهٔ پزشکی پرلمن در دانشگاه پنسیلوانیا و دانشکدهٔ مهندسی و علوم کاربردی دانشگاه هاروارد توسعه یافته است، یک شبکهٔ فوق ‌نازک از سیم‌ های رسانا را درون بافت پانکراسی در حال رشد قرار می‌ دهد. نتایج این مطالعه امروز در مجلهٔScience  منتشر شد.

پروفسور خوان آلوارز، استادیار زیست‌ شناسی سلولی و تکوینی، گفت: «واژه‌ هایی مثل بایونیک، سایبرنتیک و سایبورگ[1] همگی برای توصیف دستگاهی که ساخته‌ ایم مناسب هستند. این فناوری چندان هم آینده ‌نگرانه نیست، زیرا نمونهٔ مشابه آن سال ‌هاست در تحریک عمقی مغز برای درمان بیماری‌ های عصبی استفاده می ‌شود. کاری که ما انجام می ‌دهیم شبیه تحریک عمقی برای پانکراس است. همان ‌طور که ضربان ‌ساز قلب به تنظیم ریتم قلب کمک می ‌کند، پالس‌ های الکتریکی کنترل‌ شده می ‌توانند به سلول‌ های پانکراسی کمک کنند تا درست بالغ شوند و همان ‌طور که باید عمل کنند».

چالش ‌های رشد بافت پانکراسی در آزمایشگاه

در دیابت نوع ۱، سیستم ایمنی به اشتباه به خوشه‌ های سلول‌ های ترشح ‌کنندهٔ هورمون- به نام جزایر لانگرهانس- حمله می‌ کند و توانایی آن ‌ها برای تولید انسولین را از بین می ‌برد. در شدیدترین موارد دیابت نوع ۱ و گاهی دیابت نوع ۲، بیماران نیاز دارند سلول‌ های از دست ‌رفته را جایگزین کنند- چه با پیوند کل پانکراس، چه بخش‌ هایی از آن، یا فقط سلول ‌های جزایر.

اما همهٔ این گزینه ‌ها کمیاب‌ هستند و بیماران معمولاً باید یک سال یا بیشتر در انتظار پیوند بمانند. پس از پیوند نیز باید تا پایان عمر داروهای سرکوب ‌کنندهٔ ایمنی مصرف کنند تا بدنشان پیوند را پس نزند. در مقابل، بافت پانکراسی رشد‌ یافته در آزمایشگاه این محدودیت ‌ها را ندارد.

پژوهشگران آزمایشگاه آلوارز با همکاری آزمایشگاه جیا لیو در دانشگاه هاروارد، یک شبکهٔ بسیار ظریف و رسانای الکتریکی را درون قطعات بافت پانکراسی در حال رشد کاشتند؛ شبکه ‌ای که قادر بود سیگنال ‌های الکتریکی سلول‌ های جزایر را ثبت کند. سپس یک ریتم طبیعی ۲۴ ساعته در فعالیت الکتریکی ایجاد کردند تا سلول‌ ها را به بلوغ و پاسخ‌ دهی صحیح به قند تحریک کنند- راهکاری که یکی از بزرگ ‌ترین موانع رشد بافت پانکراسی کاملاً عملکردی در خارج از بدن را برطرف کرد. چنین پیوندهای جایگزینی می ‌توانند به ‌طور چشمگیری عرضهٔ بافت جدید را افزایش دهند و در صورت مهندسی مناسب، خطر رد پیوند را کاهش دهند.

این روشِ واداشتن سلول‌ های بنیادی انسانی به تولید سلول‌ های بتا و دیگر سلول ‌های ترشح‌ کنندهٔ هورمون، هم‌ اکنون در کارآزمایی ‌های بالینی در حال آزمایش است. با این حال، یک چالش کلیدی باقی مانده بود: حتی با این تحریک الکتریکی، سلول ‌های رشد ‌یافته در آزمایشگاه اغلب به ‌طور کامل بالغ نمی‌ شوند و ممکن است انسولین و سایر هورمون‌ ها را به اندازهٔ سلول‌ های طبیعی و با نظم کافی ترشح نکنند.

قرار دادن سلول‌ ها روی «برنامهٔ زمانی»

پروفسور آلوارز و دکتر جیا لیو، نویسندهٔ دیگر این مطالعه، تلاش کردند بفهمند سلول ‌ها چگونه می ‌توانند به بلوغ واقعی برسند. پروفسور آلوارز گفت: «من دوست دارم این مرحله را گرفتن مدرک دکترا توسط سلول‌ ها بنامم؛ زمانی که سلول ‌ها از حالت دانشجوی مردد خارج می ‌شوند و مسیر حرفه‌ ای خود را به‌ عنوان سلول‌ های پانکراسی یا جزیره‌ای انتخاب می ‌کنند».

آزمایشگاه پرفسور آلوارز در رشد ساختارهای سه‌ بعدی بافت پانکراسی به نام ارگانوئید تخصص دارد، در حالی که آزمایشگاه دکتر لیو ایمپلنت‌ های الکترونیکی شبیه بافت تولید می‌ کند. برای ساخت بافت سایبورگی، آن‌ ها یک شبکهٔ کشسان- نازک‌ تر از یک تار موی انسان- را بین لایه‌ های سلولی قرار دادند؛ سلول‌ ها سپس گرد هم آمدند و جزایر را تشکیل دادند. این چیدمان به تیم اجازه داد فعالیت الکتریکی سلول‌ های منفرد را طی دو ماه ثبت کنند و بینش‌ های جدیدی دربارهٔ این گذار، از جمله نقش ریتم شبانه ‌روزی، به دست آورند.

در پژوهش‌ های قبلی، آزمایشگاه پروفسور آلوارز نشان داده بود که قرار دادن سلول ‌های نابالغ در معرض یک ریتم شبانه‌ روزی- مشابه ساعت داخلی ۲۴ ساعتهٔ بدن که چرخهٔ خواب، گوارش و سایر فرآیندها را تنظیم می‌ کند- باعث می ‌شود سلول‌ ها به‌ طور کامل به نقش ‌های تخصصی خود برسند. تیم دریافت که پس از چهار روز، سلول‌ ها خودشان به چرخه ادامه می ‌دهند.

این ریتم جدید باعث شد سلول ‌های جزایر بالغ شوند و هورمون ‌ها را در زمان مناسب ترشح کنند. داده‌ ها همچنین نشان دادند که این چرخه‌ ها نه ‌تنها رفتار الکتریکی سلول ‌های منفرد را تغییر می ‌دهد، بلکه به هماهنگ شدن سلول‌ ها با یکدیگر نیز کمک می ‌کند- مانند یک تیم منسجم.

پایش بافت «سایبورگی» پانکراس در زمان واقعی با کمک هوش مصنوعی

پروفسور آلوارز دو مسیر بالقوه برای استفادهٔ درمانی از این فناوری می ‌بیند. نخست، سلول‌ های جزایر رشد‌ یافته در آزمایشگاه می ‌توانند پیش از پیوند با پالس‌ های الکتریکی «آماده‌ سازی» شوند و سپس در بدن بیمار به‌ طور طبیعی انسولین تولید و ترشح کنند. یا اینکه شبکهٔ الکترونیکی می ‌تواند در جای خود باقی بماند تا سلول ‌ها را پایش و تحریک کند؛ رویکردی که می ‌تواند مانع پسرفت عملکرد سلول ‌ها شود- اتفاقی که در اثر استرس یا بیماری رخ می‌ دهد.

در آینده، هوش مصنوعی می ‌تواند چنین سیستمی را کنترل کند، فعالیت سلول ‌ها را زیر نظر بگیرد و در صورت نیاز آن‌ ها را تحریک کند. پروفسور آلوارز گفت: «در آینده ممکن است سیستمی داشته باشیم که بدون دخالت انسان کار کند».

منبع:

https://www.news-medical.net/news/20260219/Cyborg-transplants-may-advance-cell-based-therapies-for-diabetes.aspx