پزشکی بالینی

تیمی از دانشمندان آمریکایی موفق به تولید شیوه جدیدی برای انتقال داروی دیابت با یک ماده اسفنج مانند شده‌اند که حاوی ذخیره‌ای از انسولین است.  این اسفنج هوشمند در واکنش به سطوح قند خون برای آزادسازی انسولین مورد نیاز منبسط و منقبض می‌شود. از این شیوه همچنین می‌توان برای انتقال داروی هدفمند به سلولهای سرطانی استفاده کرد. به گفته محققان، آنها به دنبال تقلید از عملکرد سلولهای بتای سالم بودند که انسولین تولید کرده و آزادسازی آنرا در بدن سالم کنترل می‌کند.
این محققان به تولید یک ماتریکس اسفنج مانند کروی از کیتوزان پرداختند که در صدف میگو و خرچنگ یافت می‌شود. در سراسر این ماتریکس، نانوکپسولهایی از یک پلیمر متخلخل پراکنده شده که حاوی گلوکز اکسیداز و آنزیم کاتالاز هستند. این ماتریکس اسفنجی شکل اطراف ذخیره‌ای از انسولین را احاطه کرده است. قطر کل کره ماتریکسی حدود 250 میکرومتر بوده و می‌توان آنرا به بیمار تزریق کرد. با بالا رفتن سطح قند خون بیمار دیابتی، گلوکز باعث واکنشی در آنزیمهای نانوکپسولها به منظور آزادسازی یونهای هیدروژن می‌شود. این یونها به رشته‌های مولکولی اسفنج کیتوزان متصل شده و به آنها بار مثبت می‌دهند. رشته‌های کیتوزان دارای بار مثبت سپس از یکدیگر دور شده و شکافهای بزرگتری را در سوراخهای اسفنج ایجاد می‌کنند به انسولین اجازه ورود به خون را می‌دهد. در دیابت نوع یک و نوع پیشرفته‌تر دو، بدن نیازمند تزریق انسولین به سلولها است.
هنگامی که انسولین آزاد می‌شود، سطوح قند خون کاهش می‌یابد. این امر باعث کاهش بار مثبت کیتوزان و منقبض شدن اسفنج می‌شود که در نهایت انسولین اضافی را ذخیره می‌کند. در حالیکه این کار با استفاده از آنزیمهای پاسخگو به قند به تولید یونهای هیدروژن پرداخته، می‌توان این شیوه را ساده‌تر کرده و از آن برای هدف قرار دادن سرطانها با از بین بردن همه آنزیمها استفاده کرد. تومورها محیطهای اسیدی هستند که از تمرکز بالای یونهای هیدروژن برخوردارند. اگر ذخیره اسفنج با داروهای ضد سرطانی پر شود، دارو می‌تواند در زمان تماس کیتوزان با یونهای هیدروژن در بافتهای تومور یا سلولهای سرطانی آزاد شود.
به گفته دانشمندان، اندازه این اسفنج هوشمند قابل تنظیم و کوچک‌سازی تا 100 نانومتر بوده و اینکه خود ماده کیتوزان توسط بدن جذب خواهد شد، از این رو هیچ گونه عوارض جانبی بیمار را در معرض خطر قرار نخواهد داد. آزمایشات بر روی موشها نشان داد که این اسفنج ماتریکسی توانست برای 48 ساعت سطح قند خون را کاهش دهد. اگرچه این محققان در ماه مه یک سیستم هوشمند انتقال انسولین را معرفی کرده بودند که سطح قند خون را برای 10 روز ثابت نگه می‌داشت.

مهندسان بيوپزشكي دانشگاه كاروليناي شمالي آمريكا با استفاده از يك اسفنج هوشمند موفق به درمان ديابت و سرطان شدند. اسفنج داراي خلل و فرج هاي بسياري است. زماني كه اسفنج توسط انسولين احاطه مي شود، مقداري از آن توسط منافذ اسفنج ذخيره و به بخش هاي مورد نياز بدن ارسال مي شود. مهمترين چالش براي ساخت اين ماده اسفنجي شكل، حداكثر سازگاري آن با بدن انسان است؛ به اين منظور از پلي ساكاريد موجود در استخوان ميگو و خرچنگ براي ساخت اين اسفنج هوشمند استفاده شده است.
سطح اسفنج حاوي هزاران نانوكپسول است كه از يك پليمر متخلخل ساخته شده اند. اين كپسول ها حاوي ماده اي به نام گلوكز اكسيداز هستند كه انسولين را احاطه مي كنند.  با استفاده از اين فرآيند هيچ انسوليني به هدر نمي رود. زماني كه ميزان قند خون بيمار ديابتي افزايش پيدا مي كند، گلوكزهاي درون كپسول وارد عمل و باعث آزاد شدن يون هاي هيدروژن مي شوند. اين يون ها با رشته هاي پلي ساكاريد تركيب و منجر به توليد بارهاي مثبت در سراسر اسفنج مي شوند.  همان طور كه مي دانيم، بارهاي همنام يكديگر را دفع مي كنند. دفع بارهاي مثبت توسط همديگر باعث انبساط اسفنج و ترشح انسولين درون كپسول ها و ورود آن به جريان خون مي شود. انسولين يك ماده محرك براي هدايت گلوكز به بخش هاي مختلف بدن و تنظيم قند خون است.
براي درمان سرطان، كار از اين نيز ساده تر مي شود، چرا كه محيط تومورهاي سرطاني مملو از يون هاي هيدروژن است و فقط كافي است كه منافذ كپسولي شكل، از داروهاي سرطاني پر شوند. با استفاده از اين روش مي توان سلول هاي سرطاني را به طور مستقيم هدف گيري كرد. اين آزمايش براي اولين بار روي موش انجام شده است و قند خون آن به مدت ۴۸ ساعت تنظيم مانده است. نتايج كامل اين تحقيقات در شماره اخير نشريه ACS Nano به چاپ رسيده است.