Штучна підшлункова залоза - це медичний пристрій з майбутнім

Діабет

05.12.17 Оновлення 07.05.19

пристрій

  • Запустіть інформацію !

Ця стаття є частиною досьє:

Діабет

Чи може імплантат, який займає місце хворої підшлункової залози в шлунку пацієнта, одного дня лікувати діабет? Проект викликає біонічну людину, але він вже є предметом вдосконалених досліджень для трьох команд по всьому світу, включаючи одну з Франції. Ізабель Ройо, професор фізики полімерних матеріалів Університету Лотарингії, підвела підсумки цього перспективного шляху з нагоди Всесвітнього дня боротьби з діабетом 14 листопада.

Біо-штучна підшлункова залоза повинна забезпечити полегшення для пацієнтів, які в даний час вводять інсулін щодня.

Коли підшлункова залоза відчуває дефіцит, вона змушує людину вводити інсулін, який цей орган більше не виробляє, кілька разів на день або піддаватися важким процедурам, таким як трансплантація донора. Інсулін дійсно необхідний для регулювання рівня цукру (глюкози) в організмі людини.

Ставка імплантату значна, якщо подумати про 25 мільйонів людей у ​​світі, які постраждали від діабету 1 типу за даними Всесвітньої організації охорони здоров’я, у тому числі 300 000 у Франції. Люди, які страждають на цукровий діабет 2 типу, не страждають, оскільки їх можна лікувати препаратами, що приймаються всередину.

Цей медичний пристрій, призначений для розміщення всередині живота, називається «біо-штучною» підшлунковою залозою. «Штучний», оскільки він виготовлений із синтетичного полімерного матеріалу, та «органічний», оскільки він виконує біологічну функцію, підшлункову. Це рішення є більш амбітним, ніж рішення зовнішньої штучної підшлункової залози, такої як Діабелуп, яка прикріплюється до руки або живота. Вона спрямована на те, щоб запропонувати пацієнту максимально нормальне життя.

Біо-штучний орган на стадії прототипу

В даний час три біо-штучні підшлункові залози знаходяться в стадії розробки по всьому світу: одна в США, інша в Ізраїлі і третя у Франції. Запатентований ельзаською компанією Defymed, пристрій під назвою Mailpan в даний час вивчається нашою групою фізики, механіки та пластичності в Інституті Жана Ламура (IJL-Campus Artem) в Нансі для перевірки його механічних властивостей. Над цим проектом IJL працює в рамках консорціуму регіону Grand Est, що об'єднує кілька академічних та промислових партнерів.

Біо-штучна підшлункова залоза має форму диска, що складається з двох мембран. Кредит - Ізабель Ройо/Університет Лотарингії

Ця біо-штучна підшлункова залоза має форму невеликого мішечка круглої форми, розміром не більше компакт-диска. Вже перевірений на гризунах, його можна імплантувати пацієнтам-добровольцям, як тільки компанія отримає схвалення на клінічні випробування. Потім він буде самостійно доставляти інсулін у відповідь на високий рівень глюкози в крові. Така система повинна дозволити звільнити пацієнта від важких обмежень контролю за рівнем цукру в крові кілька разів на день та уколів, коли це необхідно.

Отже, імплантат складається з надтонкого полімерного диска. Він складається з двох круглих термопластичних мембран, зварених між собою і утворюючих герметичну кишеню. Ці мембрани інкапсулюють клітини підшлункової залози, що секретують інсулін, людського або тваринного походження.

Напівпроникні мембрани, що дозволяють інсуліну виходити з імплантату

Напівпроникні, ці мембрани забезпечують проходження ззовні всередину кисню та поживних речовин, необхідних для виживання клітин підшлункової залози, а також глюкози, що циркулює в крові. В іншому напрямку вони дозволяють інсуліну виходити з імплантату на вимогу. Таким чином, клітини підшлункової залози адаптують кількість інсуліну, що виробляється, відповідно до рівня цукру в крові пацієнта.

З іншого боку, мембрани непроникні для клітин імунної системи реципієнта, що повинно запобігти реакції відторгнення пристрою організмом. Щоб ця напівпроникність була можливою, вони мають пори, розмір яких є достатнім для проникнення клітин, які ми хочемо пропустити, але занадто малий для тих, які ми хочемо заблокувати.

Принципова схема роботи мембран. Кредит - Ізабель Ройо/Університет Лотарингії

Дійсно, біо-штучна підшлункова залоза повинна виконувати три функції. По-перше, захистіть трансплантовані клітини підшлункової залози від атак імунної системи пацієнта. Потім захистіть пацієнта від трансплантованих клітин, оскільки надмірна кількість інсуліну в організмі пацієнта може призвести до летального результату. Нарешті, імплантат повинен максимізувати функцію трансплантованих клітин, тобто змусити їх виробляти інсулін у потрібній кількості та в потрібний час. Що стосується вибору матеріалу для мембран, термопластик мав важливе значення, оскільки його легко розробити з промислової точки зору, біосумісний і має адекватні механічні властивості для цього застосування.

Випробування на ударостійкість під час падіння, аварії чи бою

Щоб мати можливість незабаром імплантувати цей медичний пристрій людям, дослідники повинні забезпечити, щоб мембрани витримували чотири або навіть шість років старіння в людському тілі, будь-яке погіршення може становити ризик для життя пацієнта. З огляду на це наша команда в IJL три роки вивчала реакції пристрою. Проблема полягає в тому, як полімерний матеріал змінюється з часом. Зокрема, ми перевіряємо, що він буде стійким до щоденних рухів користувача, який користується імплантатом. Він також повинен витримувати більш-менш сильні поштовхи, які пацієнт міг зазнати в животі, наприклад, під час падіння або в сутичці.

Важливо знати, які зміни можуть відбутися з цим матеріалом за будь-яких можливих умов використання. Тому ми перевіряємо тягу, згинання, зсув, старіння у воді та у фізіологічному середовищі (як можна ближче до рідини, яка знаходиться в стінці очеревини, де буде розміщений імплантат), або навіть підвищення температури. До 40 °, у разі лихоманки пацієнта. Якщо мембрани повинні тріснути або затвердіти, це насправді може поставити під загрозу виживання інкапсульованих клітин, а отже, доставку інсуліну, або навпаки, призвести до масової доставки інсуліну, небезпечного для пацієнта. У нашій команді Мартін Донне, інженер, який закінчив Європейську школу інженерів у галузі матеріалів, присвячує свою дисертацію цим питанням, які він незабаром захистить.

Цей імплантат представляє надію для хворих на цукровий діабет. Однак багато ризиків залишається оцінити, і слід очікувати тривалого етапу клінічного випробування. Навіть якщо проблема інша, розвиток штучного серця іншою французькою компанією Carmat показує, що заміна ідентичного органу не є тривіальною. Їхні випробування, які розпочались у 2013 році, в даний час призупинені після смерті п'ятого пацієнта в кінці 2016 року. Копіювання природи є складним завданням, але це також одна з найстрашніших проблем сучасності.

Ізабель ROYAUD професор з фізики полімерних матеріалів, Університет Лотарингії

Декларація інтересів
Ізабель Ройо отримала фінансування від регіону Grand Est та штату (BPI Франція та міська громада Grand Nancy CUGN).

Ця стаття була опублікована Theconversation 13 листопада 2017 року.