Искусственная поджелудочная железа

2. Искусственная поджелудочная железа

17 июня 2002 г. Британские ученые начинают новый этап испытаний искусственной поджелудочной железы - аппарата, который постоянно отслеживает уровень глюкозы в крови диабетика и вводит необходимое количество гормона инсулина. Новое устройство превосходит по показателям имеющееся в настоящий момент оборудование, а работа над ним опережает аналогичные американские разработки.

Как говорят исследователи из Городского Университета в Лондоне, аппарат поможет пациентам, чья поджелудочная железа не вырабатывает инсулин, то есть тем, кто страдает диабетом первого типа. Он позволит лучше контролировать уровень сахара и не допускать гипогликемических состояний, которые случаются при ошибках в дозировании инсулина и сопровождаются резким снижением уровня глюкозы и комой.

Прототип устройства состоит из трех частей. Это сенсор, который проверяет уровень сахара, компьютер и небольшой насос для введения инсулина. Как показали первые испытания на 20 добровольцах в Италии и Австрии, он позволяет поддерживать уровень сахара на отметке 6,2 ммоль/литр, в то время как верхней границей нормы считается 5,5 ммоль/литр. Обычные методы позволят держать уровень 8,9 ммоль/литр.

Первое контролируемое рандомизированное исследование эффективности аппарата прошло в июле в одной из больниц Австрии. Каждый пациент будет находился под наблюдением дважды в течение 24 часов, при этом один раз инсулин вводили обычными методами, используемыми в европейских больницах, а другой - с помощью искусственной поджелудочной железы.

Сообщается, что устройство достаточно небольшое и может легко носиться на ремне мужчинами и на бюстгальтере женщинами. Как сообщил доктор Роман Хаворка, он надеется, что устройство будет доступно пациентам уже в течение пяти лет. Он, однако, предупредил, что технологи достаточно дорогая и не сможет помочь всем.

Три декады подряд в сентябре 2004 г. ученые пытались создать эффективное лекарство от диабета, и, похоже, наконец их труды увенчались успехом. Проект доктора Тежал Дезаи был признан прорывом в лечении диабета. Доктор Дезаи сконструировала имплантируемое устройство, которое содержит живые клетки поджелудочной железы, и производит дневную дозу инсулина и контролирует при этом уровень сахара в крови.

Диабет - это такое заболевание, при котором поджелудочная железа человека не может произвести достаточно инсулина для того, чтобы ферментировать глюкозу. В возникновении функциональной неполноценности островкового аппарата поджелудочной железы, продуцирующего инсулин, большую роль играет наследственный фактор; она может развиваться в результате травм, воспалительных процессов, склероза сосудов поджелудочной железы, инфекций, интоксикаций, психической травмы, чрезмерного употребления углеводов, переедания вообще; имеет значение и функциональное состояние др. желёз внутренней секреции - гипофиза, надпочечников, щитовидной железы и др., а также центральной и вегетативной нервной системы. Вследствие недостаточности инсулина печень и мышцы теряют способность превращать поступающий в организм сахар в гликоген, а все ткани теряют способность окислять сахар и использовать его в качестве источника энергии; кроме того, в организме происходит неогликогенез, т. е. сахар образуется из белков и жиров.

С 1970 года ученые работают над созданием лекарства длительного действия. Основная проблема при создании лекарства заключалась в атаке иммунной системы человека имплантируемых клеток.

Для создания имплантанта Дезаи использовала нанотехнологии и наноматериалы. Она вырастила культуру клеток на химически модифицированной кремниевой подложке, которые потом поместила в кремниевый контейнер с мембраной, покрытой микроскопическими порами. Поры размерами несколько нанометров пропускали к полученному биореактору глюкозу, инсулин и кислород, блокируя клетки иммунной системы, которые могли уничтожить клеточную культуру имплантанта.

Эта комбинация биотехнологии и нанотехнологии была неизвестна, когда Дезаи только приступала к поиску лекарства против диабета, но быстрое развитие других биореакторов (в том числе искусственной печени) позволило ей использовать новые технологии для создания имплантанта.

Искусственная поджелудочная железа имеет размер в 1/2 металлического доллара. Успешное лечение диабета было продемонстрировано на подопытных крысах, страдавших этой болезнью. Теперь Дезаи ищет способ продлить работоспособность устройства хотя бы на два года.

Доктор Дезаи закончила два года назад институт Беркли, и сейчас работает в частной биотехнологической компании. Лицензия на новый имплантант получена компанией iMEDD, штат Огайо.

Исследователи, разработавшие устройство сейчас добиваются эффективной циркуляции крови через него. Это одна из наиболее частых проблем при конструировании имплантантов. Улучшение циркуляции крови позволит имплантанту более эффективно контролировать уровень глюкозы в крови и своевременно производить необходимые порции инсулина.

Кремниевая наномембрана позволяет решить проблему циркуляции крови, но использование других материалов будет эффективнее, считает Дезаи. Также исследователи разрабатывают оптимальную конструкцию имплантанта, для того, чтобы он не причинял неудобства пациенту.

Исследователи давно занимаются производством нанометровых трубок (не обычных углеродных нанотрубок) для того, чтобы создать работоспособные биологические лаборатории на чипе.

Рисунок 2.2 – Лаборатория на чипе: искусственная печень

Например, для того, чтобы эффективно распознать химическую или биологическую атаку, исследователи предложили использовать обычную человеческую печень. Как известно, этот орган очень чувствителен к различным вирусам и ядам. Исследователи изготовили чип, на котором содержится около 1,5 миллионов живых клеток печени для того, чтобы вовремя сообщить солдату о опасности. Под руководством Линды Гриффит отдел из Института Солдатских Нанотехнологий создал мобильную и компактную версию печени. Чип представляет собой две ультратонкие пластины из кремния, разделенные рядом микроканалов. Далее на поверхность одной из пластин помещают живые клетки печени, которые располагаются в ячейках микронных размеров. Как только клетки "расположатся" внутри чипа, он представляет собой биореактор, способный производить специфические вещества при воздействии на него другими веществами и микроорганизмами.

Через чип постоянно циркулирует вода, снабжая клетки питательными веществами. Через время клетки организуются в такие же структуры, как и в живой печени. Тогда чип начинает работать. По такому же принципу Дезаи создала свой имплантант, вырабатывающий инсулин в зависимости от того, сколько содержится глюкозы в крови пациента. Как только к клеткам поступят вещества, вредные для человека, они выработают определенный химический ответ, который будет интерпретирован медицинским компьютером, и солдат получит сообщение об опасности.

В будущем Дезаи решила заняться созданием имплантантов других органов, которые повреждены от различных болезней и поэтому плохо функционируют.

Вывод

Группа ученых из City University (Лондон) проводит клинические испытания опытного образца искусственной поджелудочной железы, предназначенной для лечения больных 1 типом сахарного диабета. Аппарат состоит из трех частей: датчика, расположенного на коже больного и определяющего уровень глюкозы в крови, портативный компьютер, который анализирует полученную информацию и миниатюрное устройство, обеспечивающее введение инсулина больному.

Опытные приборы, равно как и серийные, появление которых в продаже ожидается в ближайшие три года, будут до такой степени небольшого размера, что мужчины смогут носить их на поясе, а женщины в бюстгальтере.

Несколько лет назад эти же врачи - исследователи протестировали аппарат более чем на 20 добровольцах из Австрии и Италии, и, достигли весьма обнадеживающих результатов. Поддержание определенных границ содержания глюкозы крови очень важны с точки зрения профилактики развития тяжелых осложнений диабета, это то, к чему эндокринологи стремились долгие годы.

Подобные проекты разрабатываются и в США: компания Disetronic, уже производит оснащенные микропроцессорами инсулиновые насосы, позволяющие вводить инсулин в микродозах через определенные промежутки времени, согласно заданной компьютерной программе. Хотелось бы еще конечно безигольчатое введение гормона под давлением, но пока в этом направлении лишь ведутся разработки.

Внедрение современных технологий в практическую диабетологию позволит улучшить контроль за уровнем глюкозы крови пациентов и уменьшить случаи гипогликемии и коматозных состояний, которые встречаются при обычном применении инсулина.

Перечень литературы

1.   Балаболкин М.И. Эндокринология, М., 1998г., стр. 392-395.

2.   Асаулюк И.К., Блескин Б.И., Фоминов А.Т. О применении противовоспалительной терапии при сахарном диабете. Клиническая медицина, 1983г., №4, стр. 73.

3.   Блескин Б.И., Машков О.А., Колнауз А.К., Моторин А.Г., Новиков Е.Г., Каретников М.Ю. Сахарный диабет 1-го типа. Закономерности возникновения и развития. Перспективы лечения. Международный симпозиум "Мониторинг здоровья и окружающей среды. Технологии и информационные базы данных". Греция, Крит 2001г., стр. 201.

4.   Блескин Б.И. Эффективность противовоспалительной терапии у больных сахарным диабетом 1 типа. Медицинский реферативный журнал, 1989г., №1, разд. 1, ст. 336.

5.   Мазовецкий А.Г., Великов В.К.. Сахарный диабет, 1987г., стр. 24.

6.   Потемкин В.В.. Эндокринология. М. 1986г., стр. 219.

7.   Secchi A. Медицинский реферативный журнал, 1987г., №10, разд. 20, ст. 1271.

Вопрос №1: Поджелудочная железа – это ...

Вопрос №2: Поджелудочная железа участвует в…

Вопрос №3: Характерные признаки диабета…

Вопрос №4: Экзокринная часть поджелудочной железы вырабатывает …