[ScienceDaily] Thiết kế ngăn ngừa việc tích tụ các mô sẹo xung quanh các cấy ghép y tế

Print Friendly, PDF & Email

Các thiết bị cấy ghép giải phóng insulin vào cơ thể hứa hẹn là một phương pháp thay thế để điều trị bệnh đái tháo đường mà không cần tiêm insulin hoặc chèn ống thông. Tuy nhiên, một trở ngại cản trở việc sử dụng chúng cho đến nay là hệ thống miễn dịch chống lại chúng sau khi được cấy ghép, tạo thành một lớp mô sẹo dày ngăn chặn việc giải phóng insulin.

Hiện tượng này, được gọi là phản ứng dị vật, cũng có thể gây trở ngại cho nhiều loại thiết bị y tế cấy ghép khác. Tuy nhiên, một nhóm kỹ sư và cộng tác viên của MIT hiện đã tìm ra cách để khắc phục phản ứng này. Trong một nghiên cứu trên chuột, họ đã chỉ ra rằng khi kết hợp tác động cơ học vào một thiết bị robot thân mềm, thiết bị này vẫn hoạt động lâu hơn nhiều so với một thiết bị cấy truyền thuốc thông thường.

Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng khi thiết bị này được thổi phồng và xẹp xuống liên tục trong 5 phút sau mỗi 12 giờ thì sự đổi dạng cơ học này ngăn cản các tế bào miễn dịch tích tụ xung quanh thiết bị.

Ellen Roche, Phó giáo sư Kỹ thuật Cơ khí Phát triển Nghề nghiệp của Gia đình Latham và là thành viên của Viện Khoa học và Kỹ thuật Y tế của MIT cho biết “Chúng tôi đang sử dụng loại chuyển động này để kéo dài thời gian sống và hiệu quả của những ổ chứa được cấy ghép này, vì thế có thể dùng để cung cấp các loại thuốc chẳng hạn như insulin và chúng tôi nghĩ rằng nền tảng này có thể được mở rộng vượt xa ứng dụng này“.

Trong số các ứng dụng có tính khả thi khác, các nhà nghiên cứu hiện có kế hoạch xem xem liệu họ có thể sử dụng thiết bị này để cung cấp các tế bào đảo tụy có khả năng hoạt động như một “tuyến tụy nhân tạo sinh học” để giúp điều trị bệnh đái tháo đường hay không.

Roche là đồng tác giả của nghiên cứu, cùng với Eimear Dolan, một cựu nghiên cứu sinh sau tiến sĩ trong phòng thí nghiệm của cô, hiện là giảng viên của Đại học Quốc gia Ireland tại Galway. Garry Duffy, cũng là giáo sư tại NUI Galway, cộng tác viên chính của công trình này, xuất hiện trên tạp chí Nature Communications. Nghiên cứu sinh sau tiến sĩ tại MIT William Whyte và Debkalpa Goswami, và học giả Sophie Wang, là tác giả chính của bài báo.

Điều biến các tế bào miễn dịch

Hầu hết bệnh nhân đái tháo đường típ 1 và một số bệnh nhân đái tháo đường típ 2 phải tự tiêm insulin hàng ngày. Một số bệnh nhân sử dụng máy bơm insulin gắn vào da và cung cấp insulin qua một ống chèn dưới da hoặc các miếng dán có thể cung cấp insulin mà không cần ống.

Trong nhiều năm, các nhà khoa học đã nghiên cứu về các thiết bị cung cấp insulin có thể được cấy dưới da. Tuy nhiên, các nang sợi hình thành xung quanh các thiết bị như vậy có thể làm hỏng thiết bị trong vòng vài tuần hoặc vài tháng.

Các nhà nghiên cứu đã thử nhiều cách tiếp cận để ngăn chặn loại mô sẹo này hình thành, bao gồm cả việc cung cấp thuốc ức chế miễn dịch tại chỗ. Nhóm nghiên cứu của MIT đã thực hiện một cách tiếp cận khác mà không cần bất kỳ loại thuốc nào – thay vào đó, thiết bị cấy ghép của họ bao gồm một robot thân mềm vận hành cơ học có khả năng thổi phồng và xẹp xuống được. Trong một nghiên cứu năm 2019, Roche và các đồng nghiệp của cô (với Dolan là tác giả đầu tiên) đã chỉ ra rằng loại dao động này có thể điều chỉnh cách các tế bào miễn dịch lân cận phản ứng với một thiết bị được cấy ghép.

Trong nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu muốn xem liệu tác dụng điều hòa miễn dịch đó có thể giúp cải thiện việc phân phối thuốc hay không. Họ đã chế tạo một thiết bị hai ngăn làm bằng polyurethane, một loại nhựa có độ đàn hồi tương tự như chất nền ngoại bào bao quanh các mô. Một khoang hoạt động như một nơi chứa thuốc và khoang kia hoạt động như một thiết bị truyền động mềm, có thể bơm hơi. Sử dụng bộ điều khiển từ bên ngoài, các nhà nghiên cứu có thể kích thích bộ truyền động thổi phồng và xẹp xuống theo một lịch trình cụ thể. Đối với nghiên cứu này, họ thực hiện động tác này 12 giờ một lần, mỗi lần kéo dài năm phút.

Tác động cơ học này đẩy lùi các tế bào miễn dịch bạch cầu trung tính, những tế bào làm kích hoạt quá trình hình thành mô sẹo. Khi các nhà nghiên cứu cấy các thiết bị này vào chuột, họ nhận thấy rằng các mô sẹo sẽ mất nhiều thời gian hơn để phát triển xung quanh các thiết bị. Các mô sẹo được hình thành, nhưng cấu trúc của nó rất khác thường: Thay vì các đám rối sợi collagen bọc quanh các thiết bị tĩnh, các sợi collagen xung quanh các thiết bị được kích hoạt có tính liên kết cao hơn, mà các nhà nghiên cứu tin rằng có thể giúp các phân tử thuốc đi qua mô.

Wang nói “Trong thời gian ngắn, chúng tôi thấy rằng có ít bạch cầu trung tính bao quanh thiết bị hơn trong mô, và sau đó về lâu dài, chúng tôi thấy rằng có sự khác biệt trong cấu trúc collagen, điều này có thể liên quan đến lý do tại sao chúng phân phối thuốc tốt hơn trong suốt kì hạn tám tuần.”

Phân phối thuốc được duy trì

Để chứng minh tiềm năng hữu ích của thiết bị này, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng nó có thể được sử dụng để cung cấp insulin ở chuột. Thiết bị này được thiết kế để insulin có thể từ từ thấm ra ngoài qua các lỗ trong ổ chứa thuốc hoặc giải phóng một đợt lớn được điều khiển bởi cơ cấu truyền động.

Advertisement

Các nhà nghiên cứu đã đánh giá hiệu quả của việc giải phóng insulin bằng theo dõi những thay đổi tiếp theo bằng cách đo mức glucose máu của chuột. Họ phát hiện ra rằng ở những con chuột dùng thiết bị truyền động, insulin được cung cấp hiệu quả duy trì trong suốt 8 tuần nghiên cứu. Tuy nhiên, ở những con chuột không được kích hoạt thiết bị, hiệu quả phân phối bắt đầu suy giảm chỉ sau hai tuần, và sau tám tuần, hầu như không có insulin nào có thể đi qua bao xơ.

Các tác giả cũng đã tạo ra một phiên bản cho con người có kích thước 120 mm x 80 mm và thấy rằng nó có thể được cấy ghép thành công vào bụng của một tử thi người.

Goswami nói: “Đây là một bằng chứng về khái niệm cho thấy rằng có một kỹ thuật phẫu thuật xâm lấn tối thiểu có khả năng được sử dụng cho một thiết bị quy mô lớn hơn, quy mô con người.

Làm việc với Jeffrey Millman của Trường Đại học Y khoa Washington ở St. Louis, các nhà nghiên cứu hiện có kế hoạch điều chỉnh thiết bị để nó có thể được sử dụng cho việc cung cấp các tế bào tuyến tụy có nguồn gốc từ tế bào gốc có khả năng cảm nhận mức độ glucose và tiết ra insulin khi glucose quá cao. Việc cấy ghép này có thể giúp bệnh nhân không cần phải liên tục đo lượng glucose và tiêm insulin.

Roche nói: “Ý tưởng là các tế bào sẽ ở trong ổ chứa, và chúng sẽ hoạt động như một nhà máy sản xuất insulin. Chúng sẽ phát hiện mức độ glucose trong máu và sau đó giải phóng insulin theo nhu cầu cần thiết.”

Các ứng dụng khả thi khác mà các nhà nghiên cứu đã khám phá cho loại thiết bị này bao gồm cung cấp liệu pháp miễn dịch để điều trị ung thư buồng trứng và cung cấp thuốc cho tim để ngăn ngừa suy tim ở những bệnh nhân bị nhồi máu cơ tim.

Roche nói: “Bạn có thể tưởng tượng rằng chúng tôi có thể áp dụng công nghệ này cho bất cứ thứ gì bị cản trở bởi phản ứng dị vật hoặc bao xơ, và mang lại hiệu quả lâu dài”. “Tôi nghĩ rằng bất kỳ loại thiết bị phân phối thuốc cấy ghép nào đều có lợi.”

Nghiên cứu được tài trợ một phần bởi Quỹ Khoa học Ireland, Quỹ Nghiên cứu Đái tháo đường Vị thành niên và Viện Y tế Quốc gia.

Nguồn thông tin

Tư liệu được cung cấp bởi Massachusetts Institute of Technology. Bài gốc được viết bởi Anne Trafton. Ghi chú: Nội dung có thể đã được chỉnh sửa trình bày và độ dài.

Tài liệu tham khảo:

  1. Dynamic actuation enhances transport and extends therapeutic lifespan in an implantable drug delivery platform.

William Whyte, Debkalpa Goswami, Sophie X. Wang, Yiling Fan, Niamh A. Ward, Ruth E. Levey, Rachel Beatty, Scott T. Robinson, Declan Sheppard, Raymond O’Connor, David S. Monahan, Lesley Trask, Keegan L. Mendez, Claudia E. Varela, Markus A. Horvath, Robert Wylie, Joanne O’Dwyer, Daniel A. Domingo-Lopez, Arielle S. Rothman, Garry P. Duffy, Eimear B. Dolan, Ellen T. Roche. Nature Communications, 2022; 13 (1)

DOI: https://www.nature.com/articles/s41467-022-32147-w

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2022/08/220807102048.htm

Người dịch: Dương Minh Minh – Trần Gia Tân

Hiệu đính: BS. Huỳnh Lê Thái Bão

Bài viết được dịch thuật và biên tập bởi ykhoa.org – vui lòng không reup khi chưa được cho phép!

Advertisement

Giới thiệu roxieduong

Check Also

[Medscape] Bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính (COPD) và khí phế thủng trong y học cấp cứu

Tổng quan Bệnh phổi tắc nghẽn mạn tính (COPD) được ước tính ảnh hưởng đến …