El ingeniero: el dispositivo podría allanar el camino para un nuevo tratamiento de la diabetes

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Investigadores en los EE. UU. han desarrollado un dispositivo que podría ayudar en los esfuerzos para desarrollar un páncreas synthetic para tratar la diabetes.

Los dispositivos implantables que liberan insulina en el cuerpo podrían proporcionar un tratamiento de diabetes alternativo a las inyecciones de insulina o las inserciones de cánulas. Sin embargo, un obstáculo que ha impedido su uso es que el sistema inmunológico los ataca después de la implantación, formando una gruesa capa de tejido cicatricial que bloquea la liberación de insulina.

Este fenómeno, conocido como respuesta a cuerpo extraño, también puede interferir con muchos otros tipos de dispositivos médicos implantables. El equipo del MIT ahora ha ideado una forma de superar esta respuesta.

En un estudio con ratones, los investigadores demostraron que cuando incorporaron la activación mecánica en un dispositivo robótico suave, el dispositivo permaneció funcional durante mucho más tiempo que un implante típico de administración de medicamentos.

El dispositivo se infla y desinfla repetidamente durante cinco minutos cada 12 horas, y esta desviación mecánica evita que las células inmunitarias se acumulen alrededor del dispositivo, encontraron los investigadores.

“Estamos usando este tipo de movimiento para extender la vida útil y la eficacia de estos reservorios implantados que pueden administrar medicamentos como la insulina, y creemos que esta plataforma puede extenderse más allá de esta aplicación”, dijo Ellen Roche, asociada de Desarrollo de Carreras de Latham Family. profesor de Ingeniería Mecánica y miembro del Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas del MIT.

Entre otras aplicaciones, el equipo ahora planea ver si el dispositivo se puede usar para administrar células de los islotes pancreáticos que podrían actuar como un «páncreas bioartificial» para tratar la diabetes.

Los científicos han estado trabajando en dispositivos implantables de administración de insulina durante años, dijeron los investigadores, pero las cápsulas fibrosas que se forman alrededor de dichos dispositivos pueden provocar fallas en el dispositivo en semanas o meses. Se ha explorado la administración native de inmunosupresores para prevenir la formación de tejido cicatricial, pero el enfoque robótico suave del equipo del MIT no requiere ningún medicamento. En un estudio de 2019, Roche y sus colegas demostraron cómo la oscilación puede modular la respuesta de las células inmunitarias cercanas.

En el nuevo estudio, los investigadores querían ver si el efecto inmunomodulador podría mejorar la administración del fármaco. Construyeron un dispositivo de dos cámaras hecho de poliuretano, un plástico con una elasticidad related a la matriz extracelular que rodea los tejidos. Una de las cámaras actúa como un reservorio de medicamento y la otra actúa como un actuador inflable blando. Usando un controlador externo, pueden simular el actuador para inflar y desinflar en un horario específico.

Esta actuación mecánica aleja a las células inmunitarias llamadas neutrófilos, las células que inician el proceso que conduce a la formación de tejido cicatricial. Cuando los investigadores implantaron estos dispositivos en ratones, descubrieron que el tejido cicatricial tardaba mucho más en desarrollarse alrededor de los dispositivos. Eventualmente se formó tejido cicatricial, pero su estructura period inusual: en lugar de las fibras de colágeno enredadas que se acumulaban alrededor de los dispositivos estáticos, las fibras de colágeno que rodeaban los dispositivos activados estaban más alineadas, lo que los investigadores creen que puede ayudar a las moléculas del fármaco a pasar a través del tejido.

El dispositivo está diseñado para que la insulina pueda filtrarse lentamente a través de los poros en el depósito del fármaco o liberarse en una gran ráfaga controlada por el actuador.

Al medir los cambios en los niveles de glucosa en sangre de los ratones, encontraron que en los ratones con el dispositivo accionado, la administración efectiva de insulina se mantuvo durante ocho semanas. Sin embargo, en los ratones que no recibieron activación, la eficiencia de administración comenzó a disminuir después de solo dos semanas, y después de ocho semanas, la insulina no pudo pasar a través de la cápsula fibrosa.

Los autores también crearon una versión del dispositivo de tamaño humano, 120 mm x 80 mm, y demostraron que podía implantarse con éxito en el stomach de un cadáver humano.

Trabajando con Jeffrey Millman de la Facultad de Medicina de la Universidad de Washington en St. Louis, el equipo ahora planea adaptar el dispositivo para que pueda usarse para administrar células pancreáticas derivadas de células madre que detectarían los niveles de glucosa y secretarían insulina cuando la glucosa es demasiado alto. Esto podría eliminar la necesidad de que los pacientes midan constantemente sus niveles de glucosa e inyecten insulina.

Otras posibles aplicaciones incluyen la administración de inmunoterapia para tratar el cáncer de ovario y la administración de medicamentos al corazón para prevenir la insuficiencia cardíaca en pacientes que han sufrido ataques cardíacos.

La investigación fue financiada, en parte, por Science Foundation Ireland, Juvenile Diabetes Research Foundation y los Institutos Nacionales de Salud.

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