برای افراد مبتلا به دیابت نوع ۱، خطر افت قند خون (هیپوگلیسمی)، یک نگرانی دائمی است. هنگامی که سطح گلوکز بیش از حد کاهش می‌یابد، این وضعیت تهدیدکننده زندگی می‌شود و معمولاً نیاز به تزریق هورمون گلوکاگون به عنوان درمان استاندارد دارد.
برای رسیدگی به موقعیت‌هایی که بیماران ممکن است از کاهش سطح قند خون خود به سطوح بحرانی بی‌خبر باشند، مهندسان MIT دستگاهی قابل کاشت را توسعه داده‌اند که منبعی از گلوکاگون را در زیر پوست نگهداری می‌کند. این دستگاه می‌تواند به‌طور خودکار در صورت کاهش بیش از حد گلوکز، برای رهاسازی هورمون فعال شود.
این سیستم می‌تواند به ویژه در طول افت قند خون شبانه یا برای کودکان خردسال مبتلا به دیابت که ممکن است قادر به تزریق به خود نباشند، مفید باشد.
دانیل اندرسون، استاد دانشکده مهندسی شیمی MIT و عضو هر دو موسسه تحقیقات سرطان کوچ و موسسه مهندسی و علوم پزشکی (IMES) می‌گوید:
این یک دستگاه کوچک و اضطراری است که می‌تواند زیر پوست قرار گیرد، و در صورت افت بیش از حد قند خون بیمار، آماده عمل است. هدف ما ساخت دستگاهی بود که همیشه برای محافظت از بیماران در برابر افت قند خون آماده باشد. ما فکر می‌کنیم این می‌تواند به کاهش ترس از افت قند خون که بسیاری از بیماران و والدین آنها از آن رنج می‌برند نیز کمک کند.
محققان همچنین نشان دادند که همین فناوری می‌تواند برای رساندن دوزهای اضطراری اپی‌نفرین، دارویی که برای درمان حملات قلبی و جلوگیری از واکنش‌های آلرژیک شدید مانند آنافیلاکسی استفاده می‌شود، تطبیق یابد.
این مطالعه توسط سیدارت کریشنان، دانشمند سابق تحقیقاتی MIT و اکنون استادیار مهندسی برق در دانشگاه استنفورد، رهبری و یافته‌های آن در تاریخ ۹ ژوئیه ۲۰۲۵ در Nature Biomedical Engineering منتشر شد.
واکنش اضطراری
بسیاری از افراد مبتلا به دیابت نوع ۱ برای کمک به تنظیم قند خون و جلوگیری از بالا رفتن بیش از حد آن، به تزریق روزانه انسولین متکی هستند. با این حال، هنگامی که قند خون بیش از حد کاهش می‌یابد، می‌تواند منجر به هیپوگلیسمی شود – وضعیتی که ممکن است باعث سردرگمی، تشنج و در موارد شدید، مرگ در صورت عدم درمان سریع شود.
برای رفع این مشکل، برخی افراد سرنگ‌های از پیش پرشده گلوکاگون را حمل می‌کنند، هورمونی که به کبد سیگنال می‌دهد تا گلوکز ذخیره شده را در جریان خون آزاد کند. با این حال، تشخیص علائم اولیه افت قند خون می‌تواند چالش‌برانگیز باشد، به ویژه برای کودکان.
اندرسون می‌گوید:
برخی بیماران می‌توانند افت قند خون خود را حس کنند و چیزی بخورند یا به خودشان گلوکاگون تزریق کنند. اما برخی از افت قند خون خود بی‌اطلاع هستند و می‌توانند به سادگی به سردرگمی و کما بروند. این همچنین در هنگام خواب بیماران نیز مشکل‌ساز است، زیرا آنها برای بیدار شدن در هنگام افت خطرناک قند، به آلارم حسگر گلوکز متکی هستند.
تیم MIT برای ارائه یک راه حل قابل اعتمادتر، یک دستگاه اضطراری فشرده را توسعه داد که می‌تواند به صورت دستی یا خودکار در پاسخ به افت قند خون، بر اساس ورودی حسگر، فعال شود.
این دستگاه که تقریباً به اندازه یک سکه یک چهارم دلاری است، یک مخزن کوچک دارو را در خود جای داده است که با استفاده از پلیمر چاپ سه بعدی ساخته شده است. این مخزن با ماده‌ای به نام آلیاژ حافظه‌دار شکلی مهر و موم شده است که مهندسی‌شده تا در معرض گرما تغییر شکل دهد. تیم از آلیاژ نیکل-تیتانیوم استفاده کرد که هنگام گرم شدن تا ۴۰ درجه سانتیگراد از یک صفحه تخت به شکل U تبدیل می‌شود.
از آنجایی‌که گلوکاگون، مانند بسیاری از داروهای پپتیدی، به سرعت در فرم مایع تجزیه می‌شود، محققان فرمولاسیون پودری را انتخاب کردند که در مدت زمان طولانی پایدار می‌ماند و تا زمان نیاز در داخل دستگاه باقی می‌ماند.
هر واحد می‌تواند یک یا چهار دوز گلوکاگون را ذخیره کند و حاوی یک آنتن است که به سیگنال فرکانس رادیویی خاصی پاسخ می‌دهد. هنگامی‌که فعال می‌شود، آنتن یک جریان الکتریکی کوچک را فعال می‌کند که آلیاژ حافظه‌دار شکلی را گرم می‌کند. هنگامی‌که ماده به دمای فعال‌سازی می‌رسد، به شکل U خم می‌شود و داروی پودری را از مخزن آزاد می‌کند.
از آنجایی‌که دستگاه می‌تواند سیگنال‌های بی‌سیم را دریافت کند، می‌توان آن را طوری طراحی کرد که آزاد شدن دارو توسط یک مانیتور گلوکز در هنگام افت قند خون کاربر به زیر سطح معینی، فعال شود.
کریشنان می‌گوید:
یکی از ویژگی‌های کلیدی این نوع سیستم تحویل دیجیتال دارو این است که می‌توانید آن را با حسگرها در ارتباط قرار دهید. در این مورد، فناوری نظارت مداوم گلوکز که بسیاری از بیماران استفاده می‌کنند، چیزی است که تعامل با این نوع دستگاه‌ها برای آن آسان خواهد بود.
معکوس کردن افت قند خون
پس از کاشت دستگاه در موش‌های دیابتی، محققان از آن برای فعال کردن آزاد شدن گلوکاگون در هنگام افت سطح قند خون حیوانات استفاده کردند. در کمتر از ۱۰ دقیقه پس از فعال کردن آزاد شدن دارو، سطح قند خون شروع به تثبیت شدن کرد و به آنها اجازه داد در محدوده طبیعی باقی بمانند و از افت قند خون جلوگیری شود.
محققان همچنین دستگاه را با نسخه پودری اپی‌نفرین آزمایش کردند. آنها دریافتند که در عرض ۱۰ دقیقه پس از آزاد شدن دارو، سطح اپی‌نفرین در جریان خون افزایش یافت و ضربان قلب نیز بالا رفت.
در این مطالعه، محققان دستگاه‌ها را تا چهار هفته کاشته نگه داشتند، اما اکنون قصد دارند ببینند آیا می‌توانند این زمان را حداقل تا یک سال افزایش دهند.
کریشنان می‌گوید:
ایده این است که شما دوزهای کافی داشته باشید که بتواند این رویداد نجات درمانی را در مدت زمان قابل‌توجهی ارائه دهد. ما دقیقاً نمی‌دانیم که این مدت چقدر است – شاید یک سال، شاید چند سال، و در حال حاضر در حال کار بر روی تعیین عمر بهینه هستیم. اما پس از آن، باید جایگزین شود.
به طور معمول، هنگامی‌که یک دستگاه پزشکی در بدن کاشته می‌شود، بافت اسکار در اطراف دستگاه ایجاد می‌شود که می‌تواند در عملکرد آن اختلال ایجاد کند. با این حال، در این مطالعه، محققان نشان دادند که حتی پس از تشکیل بافت فیبروتیک در اطراف ایمپلنت، آنها توانستند با موفقیت آزاد شدن دارو را فعال کنند.
محققان اکنون در حال برنامه‌ریزی برای مطالعات حیوانی اضافی هستند و امیدوارند آزمایش دستگاه را در کارآزمایی‌های بالینی طی سه سال آینده آغاز کنند.
رابرت لنگر، استاد موسسه دیوید اچ. کوچ در MIT و یکی از نویسندگان مقاله می‌گوید:
واقعاً هیجان‌انگیز است که تیم ما به این موفقیت دست یافت، که امیدوارم روزی به بیماران دیابتی کمک کند و به طور گسترده‌تر می‌تواند یک الگوی جدید برای رساندن هر داروی اضطراری فراهم کند.
منبع: Scitechdaily
