Искусственно выращенная поджелудочная железа
В лечение диабета наметились новые тренды. Сегодня ученые всего мира заняты вопросом создания искусственной поджелудочной, которая позволит пациентам с хроническим заболеванием освободиться от инсулинозависимости и вести обычный образ жизни без постоянного контроля уровня сахара в крови. Насколько это реально и каких успехов уже удалось достигнуть – узнаете из нашего материала.
Искусственная поджелудочная железа – это уже не фантастика, а наступающая реальность. Да, работать еще есть над чем, но первые результаты уже есть. И они не могут не радовать всех, кто знает о диабете не понаслышке.
Капсула с донорскими клетками
Прототип импланта, который может вырабатывать инсулин и заменить поджелудочную железу у больных диабетом, разработала биомедицинская фирма из Израиля. Новости появились в начале этого года.
Изобретение должно помочь больным сахарным диабетом первого типа, тем, кто вынужден постоянно делать себе инъекции инсулина или пользоваться инсулиновой помпой. Новейшая разработка – это небольшая капсула, всего 6 на 6 см. Ее корпус выполнен из титана, а внутри находится кислородный баллон и живые клетки поджелудочной железы. Имплант самостоятельно мониторит уровень сахара в крови и начинает синтез гормона инсулина, когда это требуется.
Клетки, находящиеся внутри капсулы, конечно, донорские. Их можно получить от человека или свиньи. Еще один вариант – вырастить их из стволовых клеток пациента лабораторным путем. Кислород, находящийся в капсуле, помогает клеткам выживать. Правда, баллон с газом необходимо будет перезаряжать каждые семь дней.
Ученые уже провели необходимые испытания, которые подтверждают, что искусственная поджелудочная не отторгается иммунной системой человека. Кроме того, при необходимости она может быть легко удалена из организма. Разработка уже прошла испытания в Швеции. В эксперименте участвовали 4 человека, которые ходили с имплантом в течение 10 месяцев. Побочных эффектов выявлено не было, а донорские клетки все это время оставались жизнеспособными.
Имплант с инсулином
Английские ученые тоже не оставляют попыток облегчить жизнь диабетиков. Не так давно ими было создано устройство, которое вполне может претендовать на звание искусственной поджелудочной железы.
Сотрудники Университета Де Монтфорта во главе с профессором Джоан Тэйлор разработали имплант без подвижных частей и батарей. Это металлический корпус, наполненный инсулином. Его помещают в тело пациента между последним ребром и бедром. Гормон удерживается внутри с помощью гелевого барьера, который изобрели и запатентовали там же, в Англии. Он реагирует на рост уровня глюкозы в крови и начинает размягчаться, выпуская тем самым инсулин сначала в вены вокруг кишечника, а после – в вены печени. После того, как уровень сахара в крови приходит в норму, гель вновь затвердевает и перекрывает доступ к инсулину. Получается, что устройство полностью имитирует работу настоящей поджелудочной железы. А пациент с диабетом освобождается от своих рутинных обязанностей, в частности инъекций инсулина.
Конечно, запас гормона в капсуле требует периодического пополнения. В среднем, раз в месяц. Сейчас прибор находится на стадии доклинических испытаний. Если они пройдут успешно, то уже в ближайшие пять-десять лет может быть налажено коммерческое производство имплантатов. По некоторым данным, его будут изготавливать не из металла, а из пластика. Правда, пока эта разработка обнадеживает лишь диабетиков первого типа. Но и наука и не стоит на месте.
Успешные испытания
Осенью прошлого года появилась еще одна хорошая новость с научных полей. Подошло к концу исследование системы искусственной поджелудочной железы, которое длилось полгода и стало третьим этапом в серии испытаний. Согласно его результатам, изобретение, которое не только контролирует, но и регулирует уровень сахара в крови, более эффективно, чем уже известные методы лечения диабета первого типа.
Эта искусственная поджелудочная работает по принципу регулирования по замкнутому контуру. Ее испытания проводились в 10 центрах по всему миру. Однако наблюдаемые пациенты при этом жили своей обычной жизнью, что также позволило судить о применимости изобретения в реальных условиях. Всего в эксперименте приняли участие 168 человек. Самому молодому из них было 14 лет. Всех объединял диагноз – сахарный диабет первого типа.
Среди испытуемых случайным образом были распределены новейшие разработки: система искусственной поджелудочной, система из датчика уровня глюкозы и инсулиновой помпы. Показания снимались каждые две-четыре недели в личном контакте с исследователями. Дистанционный мониторинг не проводился. И вот к каким выводам пришли ученые: у диабетиков с искусственной поджелудочной железой значительно увеличилось количество времени, когда их уровень сахара находится в интервале от 70 до 180 мг/дл. В среднем это 2,6 часа в день с начала проведения эксперимента. Во второй же группе этот показатель оставался неизменным все шесть месяцев.
Стоит отметить, что за все время проведения исследования ни у кого из испытуемых не было зафиксировано серьезных случаев гипогликемии. Диабетический кетоацидоз возник лишь у одного участника с искусственной поджелудочной железой из-за проблемы с оборудованием, которое подает гормон.
Отечественный прогресс
В Сколково также активно занимаются проблемой лечения сахарного диабета. Именно там была создана первая в мире искусственная поджелудочная железа, управляемая смартфоном.
В работе над изобретением принимали участие несколько практикующих эндокринологов, математиков и программистов. Устройство представляет собой инсулиновую помпу, которая через приложение на смартфоне подключается к нейросети. Последняя, в свою очередь, оперирует всеми данными о пациенте. Алгоритм просчитывает и корректирует дозу инсулина, вводимую человеку, учитывая не только его приемы пищи или физическую активность, но и даже самые легкие недомогания или волнение. Если же связь с мобильным устройством будет потеряна или смартфон неожиданно разрядиться, то помпа перейдет на алгоритм работы, встроенный в ее внутреннюю электронику.
Сегодня отечественная искусственная поджелудочная железа на стадии создания предсерийного образца. Инновационный алгоритм расчета доз инсулина уже прошел доклинические испытания, для следующего этапа нужна регистрация медицинского устройства. Предполагаемая стоимость искусственной поджелудочной железы для потребителей должна составить около 50 000 рублей.
Источник
Клетки выращенной железы
Первая в мире бионическая поджелудочная железа с кровеносными сосудами была напечатана польскими учёными из Foundation for Research and Science Development, уникальную работу возглавил доктор Михал Вшола. В апреле учёные планируют имплантировать лепестки и островки поджелудочной железы мышам, чтобы проверить их функцию в живом организме. Опыты на свиньях запланированы на октябрь 2019 года.
«Никто раньше не выращивал паренхимный орган с полной васкуляризацией», – сказал хирург трансплантолог доктор Михал Вшола. Ранее он разработал новый метод малоинвазивного лечения осложнённого диабета с использованием эндоскопической трансплантации панкреатических островков под слизистую желудка. Его новый проект – бионическая поджелудочная железа – в будущем также сможет лечить диабет.
Напечатанная поджелудочная железа состоит исключительно из панкреатических островков; у неё отсутствует экзокринная функция. Исследователи полагают, что она сможет восстановить выработку инсулина в организме больного диабетом. В настоящее время это возможно лишь путём введения гормона с помощью дозатора инсулина или помпы.
Михал Вшола, хирург, эксперт в трансплантации
«Человеческая поджелудочная железа вырабатывает панкреатический сок, который помогает нам переваривать пищу. Ещё она несёт примерно миллион панкреатических островков, маленьких выступов, состоящих из альфа- и бета-клеток, которые вырабатывают инсулин и глюкагон. У людей с диабетом повреждены панкреатические островки, у них нет клеток, вырабатывающих инсулин и глюкагон. Вырабатывается лишь панкреатический сок. Поэтому они используют инъекции инсулина. Мы решили вырастить орган, который будет вырабатывать инсулин и глюкагон, используя альфа- и бета-клетки», – рассказал доктор Вшола в интервью PAP.
Польские учёные взяли островковые клетки у животных и смешали их с биочернилами – веществом, позволяющим клеткам выживать. Биопринтер начал размещать их в биореакторе в соответствии с разработанной ранее трёхмерной схемой. В то же время, используя второй шприц, исследователи напечатали кровеносные сосуды, по которым кровь будет течь в органе.
«После печати нашей поджелудочной железы мы не смотрели, как естественно она выглядит, нас это совсем не интересовало. Мы подтвердили, что нам удалось напечатать орган толщиной 1 — 1,5 см, и что этот орган имеет плотную сосудистую сеть, чтобы все островковые клетки поджелудочной железы были хорошо обеспечены глюкозой и кислородом», – говорит доктор Вшола.
Польским инженерам нужно было создать правильные биочернила, потому что ни одни из существующих чернил не подходили этому эксперименту. Иная сложность заключалась в том, чтобы гарантировать, что жидкость в шприце, в картридже – после печати и воздействия физических и химических факторов – станет плотной и образует слои, а также сохранит структуру.
«Математическое исследование позволило нам оценить, насколько функциональным будет этот орган после активации кровотока. Как будет вести себя кровь в этом органе в зависимости от различных значений её давления и гематокрита – числа эритроцитов в крови». Некоторые сосуды нужно было удлинить, иные укоротить», — говорит доктор Вшола.
Учёные за работой
В апреле лепестки поджелудочной железы с островками будут испытаны на мышах. Эти тесты закончатся в июне. В октябре 2019 на свиньях будет испытан большой фрагмент поджелудочной железы размером в несколько сантиметров с сосудами. «Нам нужно проверить, как орган будет функционировать в живом организме, как в нем будет формироваться микроциркуляция и как изменится его структура», – говорит доктор Вшола.
По словам врача, раньше никто этого не делал. «В иных экспериментах биоразлагаемые каркасы заселяются клетками, а затем имплантируются человеку. Это можно использовать лишь для некоторых типов тканей, таких как хрящи, кости, трахея или мочевой пузырь, но не для печени, поджелудочной железы, почек или лёгких, потому что это паренхимные органы, которым нужна сосудистая сеть. Васкуляризация была большой проблемой», – говорит он.
«14 марта во время благотворительного аукциона научных работ мы представим результаты нашей работы по бионической поджелудочной железе и надеемся наладить контакты с бизнесом с целью дальнейшей разработки», – говорит доктор Вшола. Он объясняет, что именно эта бионическая поджелудочная железа была напечатана из клеток свиней: «Но это не важно, ибо мы рассматриваем её как как пример».
Проект трёхмерной печати бионической поджелудочной железы, реализуемый Foundation for Research and Science Development, совместно финансируется National Centre for Research and Development в рамках программы STRATEGMED III. Членами консорциума являются Nencki Institute, Warsaw University of Technology, Medical University of Warsaw, Infant Jesus Hospital и MediSpace. Цель проекта в выращивании на заказ поджелудочной железы из стволовых клеток пациента, что позволило бы устранить иммунную реакцию.
Инициаторы и основатели компании Cellink, пионера трёхмерной биопечати, заинтересованы в исследованиях польского консорциума. Эрик Гатенхольм и Гектор Мартинес посетят лабораторию Фонда и примут участие в благотворительном аукционе, целью которого является сбор средств на исследования.
Источник
20.11.2019
Накануне Международного дня диабета, который традиционно отмечается 14 ноября, израильская биотехнологическая компания Betalin Therapeutics объявила о начале процесса рассмотрения заявления на проведение клинических испытаний на людях ее революционного изобретения – искусственной поджелудочной железы.
Разработанная израильскими специалистами микроскопическая поджелудочная железа предназначена для пациентов, страдающих самыми тяжелыми формами диабета, и должна избавить их от необходимости постоянного мониторинга уровня сахара в крови и ежедневных инъекций инсулина. По статистике, около 160 миллионов человек по всему миру являются зависимыми от инсулина.
Диабет первого типа развивается из-за необратимого уничтожения собственной иммунной системой человека бета-клеток поджелудочной железы, ответственных за выработку инсулина, важного гормона, который регулирует уровень глюкозы в крови. Нарушение его синтеза приводит к повышенному содержанию сахара в сыворотке крови.
Ранее доктора пытались имплантировать пациентам островки бета-клеток, извлеченные из донорской поджелудочной железы. Увы, пересаженные клетки довольно быстро погибали, не помогал и прием подавляющих иммунитет препаратов. В результате лечение теряло эффективность, и большинство пациентов вынужденно возвращались к инъекциям инсулина в течение года. А через пять лет вновь зависимыми от инсулина становились уже 90% диабетиков с донорскими клетками.
Основная причина провала кроется в том, что бета-клетки по своей природе не приспособлены к самостоятельному выживанию в организме. «Они должны быть окружены своего рода поддерживающей тканью – скаффолдом, как мы ее называем, – говорит генеральный директор Betalin Therapeutics Николай Кунишер. – Этот скаффолд, или – другими словами – каркас, имитирует естественное окружение клеток. Это помогает им дольше жить и лучше функционировать».
Израильская искусственная поджелудочная железа и есть тот самый каркас. Диаметром всего семь миллиметров и толщиной 300 микрон, она состоит из легочной ткани свиньи и секретирующих инсулин клеток, взятых у донора или созданных в лаборатории. Этот микроорган по сути заменяет собой плохо функционирующую поджелудочную железу.
«Он определяет уровень глюкозы, и бета-клетки при необходимости выделают нужное количество инсулина», – говорит Николай Кунишер, имеющий ученую степень в области микробиологии. Искусственная железа имплантируется под кожу – обычно на ноге – с использованием местной анестезии и быстро встраивается в сосудистую систему. Весь процесс должен занимать не больше часа.
Ожидается, что стоимость одного имплантата будет составлять около $50 000, при этом большую ее часть должна будет покрыть страховка. «Стоимость лечения осложнений диабета и цена на инсулин настолько высокие, что правительству и страховым компании выгоднее будет согласиться», – говорит Кунишер. Насколько высокие? По прогнозам, к 2024 году глобальный рынок диабета первого типа будет оцениваться в $25 миллионов. По оценкам Всемирной организации здравоохранения, почти полмиллиарда людей во всем мире страдают от диабета первого или второго типа, это около 8,8% взрослого населения. Диабет – серьезная болезнь, он удваивает риск преждевременной смерти.
Создание бета-клеток
Самое сложное для Betalin Therapeutics это раздобыть необходимое количество бета-клеток для заполнения искусственной железы. Сегодня единственный способ получить их – взять у умершего донора. На одного пациента требуется до трех доноров, чтобы обеспечить оптимальное число островков бета-клеток – от 400 000 до 500 000.
Это привело к созданию новой востребованной ниши для компаний, занимающихся производством бета-клеток в лаборатории. Например, в сентябре компания Vertex Pharmaceuticals заплатила $950 миллионов за приобретение бостонской Semma Therapeutics, которая производит островки бета-клеток из стволовых клеток человека.
По словам Кунишера, Betalin Therapeutics может использовать бета-клетки сторонних производителей, таких как Semma, но компания также работает над созданием своих собственных. Недавно она получила двунациональный грант от израильского Управления по инновациям и итальянского правительства для работы с экспертом по бета-клеткам и известным исследователем в области трансплантологии профессором Лоренцо Пьемонти.
Впереди годы клинических испытаний
Пациентам-диабетикам придется подождать несколько лет, прежде чем технология пройдет все необходимые этапы тестирования. К настоящему времени компания провела только испытания на животных. В доклинических исследованиях на мышиных моделях сахарного диабета около 70% грызунов, которым была имплантирована искусственная поджелудочная железа, больше не нуждались в инсулиновых инъекциях, даже по прошествии длительного периода времени (трех месяцев) после имплантации.
В Betalin Therapeutics говорят, что понадобится еще один год – и дополнительные пять миллионов долларов, которые компания уже начала собирать, – чтобы завершить всю регуляторную работу, необходимую, чтобы начать клинические испытания на людях. Стартап уже наладил сотрудничество в области тестирования с клиниками Германии, Англии, США, Италии и Китае. Если все пройдет успешно, искусственная поджелудочная железа появится на рынке в течение следующих пяти лет.
- 5
- 4
- 3
- 2
- 1
(4 голоса, в среднем: 5 из 5)
Источник
Сахарный диабет можно охарактеризовать как сложное нарушение в работе эндокринной системы, имеющее широкую распространенность. Патология приводит к проявлению изменений процессов углеводного обмена.
Основная опасность подобного недуга состоит в высокой вероятности проявления последствий, диабет имеет множество органов-мишеней. Причина развития заболевания состоит в нарушениях работы поджелудочной железы или снижения восприимчивости тканей организма к инсулину. На этом фоне происходит сбой процессов продуцирования гормона.
Заболевание приводит к существенному снижению качества жизни пациента и выступает причиной многих ограничений. Больной должен регулярно проводить измерения показателей сахара при помощи глюкометра и вводить инсулин, соблюдать жесткую диету.
Разработки механизмов, позволяющих улучшить жизнь пациента, идут и в настоящее время. Настоящим мировым прорывом стало изобретение искусственного аналога поджелудочной железы. С принципом работы аппарата предстоит ознакомиться читателю.
Искусственная поджелудочная железа – прорыв в лечении сахарного диабета.
Что представляет собой искусственная поджелудочная железа?
Внешний вид устройства.
Искусственная поджелудочная железа (на фото) представляет собой специальное медицинское устройство, выступающее более совершенным аналогом инсулиновой помпы. Искусственная поджелудочная железа представляет собой беспроводной аналог инсулиновой помпы, обеспечивающий регуляцию показателей сахара в крови при помощи своевременной подачи инсулина. Управление устройством осуществляется при помощи любого планшета или смартфона со специальной установленной программой.
Основным предназначением искусственного органа является контроль показателей сахара в крови и своевременная подача инсулина при наличии необходимости. Такое устройство помогает пациентам при сахарном диабете 1 типа забыть о необходимости проведения постоянных тестов с использованием глюкометра.
Прибор – успешное сочетание главных функций.
Специальное приложение, устанавливаемое на смартфон пациента, позволяет активно использовать следующие функции, рассмотренные в таблице:
| Функции искусственной поджелудочной железы | |
| 1. | Обеспечение регулярного мониторинга над показателями сахара в крови пациента. |
| 2. | Осуществление управления над инсулиновой помпой. |
| 3. | Позволяет осуществлять контроль над гликемией. |
| 4. | Позволяет упростить процесс обращения за помощью в дистанционном режиме. |
| 5. | Обеспечивает передачу данных обследования на ПК лечащего врача. |
В настоящее время устройство не прошло окончательное освидетельствование, но его цена известна. Особенности разработки устройства, механизм его действия и принцип работы рассмотрены в видео в этой статье.
Контроль над работой прибора осуществляется при помощи смартфона.
Важно! Основное предназначение искусственной поджелудочной железы – профилактика опасных осложнений СД. Устройство обеспечивает минимизацию риска их возникновения.
Проводимые испытания
В настоящее время метод не нашел широкого применения в РФ.
В 2016 году в рамках исследования, проводимого за счет Национального института здоровья, проводились клинические испытания позволяющие установить эффективность работы искусственного органа. Первый этап тестирования подразумевал проведение контроля над использованием устройства у 240 человек, с диагнозом сахарный диабет первого типа в течение полугода.
Эффективность искусственного органа в ходе эксперимента сравнивалась со стандартной инсулиновой помпой по классическим параметрам:
- удобство и достоверность получения данных о изменении показателей сахара в крови пациента;
- вероятность развития гипогликемии при использовании устройства (повышается или снижается риск;
- удобство использования прибора пациентом.
Насколько безопасен метод.
Во второй части эксперимента участие приняли 180 пациентов, успешно прошедших первый этап исследования. В ходе проведения испытания исследовался усовершенствованный алгоритм работы аппарата.
Работа поджелудочной железы здорового человека
Поджелудочная железа – орган пищеварительной системы, обладающий внутреннесекреторной и внешнесекреторной функциями. Внешнесекреторная функция обеспечивается производством панкреатического сока, в составе которого присутствуют пищеварительные ферменты.
Какие функции поджелудочная обеспечивает в организме здорового человека?
Поджелудочная железа человека производит гормоны и принимает непосредственное участие в обменных процессах. Обеспечивает углеводный, жировой и белковый обмен.
В поджелудочной человека находятся островки Лангерганса, работающие в качестве желез внутренней секреции. Именно они выделяют в системный кровоток инсулин и глюкогон – гормоны, регулирующие метаболические процессы. Разрушение подобных клеток приводит к нехватке инсулина и провоцирует развитие сахарного диабета 1 типа.
Внедрение искусственного заменителя
Что о методе думают врачи.
Информация о создании искусственного аппарата, замещающего работу поджелудочной железы, вызвало фурор среди пациентов с диагнозом СД. Информация о разработке подобного приспособления дарит надежду на полноценную жизнь миллионам диабетиков, в то время как врачи относятся к такому изобретению с долей скептицизма.
Связано это с тем, что врач, контролирующий подобную терапию, должен будет полностью разобраться в ее принципе, а это довольно сложно.
Метод позволит диабетику избавиться от обыденных процедур.
При СД пациент испытывает постоянную нужду во введении гормона инсулина при помощи шприцев или инсулиновой помпы. Инъекции приходится делать минимум 2 раза в сутки, а в некоторых случаях 3-4.
Не смотря на существующие методы контроля над показателями сахара, подобрать на 100% адекватную дозировку вещества просто невозможно, потому вводимые пациентом дозы не всегда соизмеримы с потребностями его организма.
Специалисты Кембриджского университета констатируют тот факт, что аппарат, носящий название искусственная поджелудочная железа наилучшим образом подходит для постоянного контроля над течением патологии и введения требуемых доз инсулина. Высокая точность устройства позволяет подбирать дозировки с минимальными погрешностями.
Специалисты из российской федерации говорят о том, что такая система может работать, но адаптировать ее будет крайне сложно. Придется уделить особое внимание переподготовке медперсонала. С некоторыми сложностями могут столкнуться и сами пациенты, обучающиеся в течение нескольких лет жизни с диабетом по стандартной схеме.
Метод является безопасной альтернативой процедуре трансплантации.
До недавних пор, единственным вариантом возвращения пациента к жизни без диабета была операция по трансплантации поджелудочной железы. Проведение вмешательства такого характера сопряжено с рисками и определенными сложностями.
Инструкция по подготовке к операции довольно сложна потому метод не нашел широкой распространенности. Подобное вмешательство проводилось лишь по жизненным показаниями при условии возможности подбора подходящего биологического материала.
Безусловно, искусственная поджелудочная железа не дает пациенту жизнь без диабета, но такой аппарат в буквальном смысле возлагает на себя ответственность за течение СД у пациента.
Стоит сделать вывод о том, что создание такого аппарата – существенный прорыв в эндокринологии и диабетологии в частности. Возможно, методика получит широкую распространенность и избавит пациентов от постоянной необходимости во введении инсулина при помощи шприца, контроля и подбора доз и постоянного проведения замеров, отображающих показатели сахара в крови.
Источник