टाइप 1 मधुमेह के इलाज के लिए एक आशाजनक दृष्टिकोण अग्न्याशय में आइलेट कोशिकाओं को प्रत्यारोपित करना है जो जरूरत पड़ने पर इंसुलिन का उत्पादन कर सकते हैं, जिससे रोगियों को बार-बार इंसुलिन इंजेक्शन देने की आवश्यकता समाप्त हो जाती है। हालाँकि, इस दृष्टिकोण में एक बड़ी बाधा यह है कि एक बार कोशिकाओं को प्रत्यारोपित करने के बाद, अंततः उनमें ऑक्सीजन खत्म हो जाती है और इंसुलिन का उत्पादन नहीं होता है।
उस बाधा को दूर करने के लिए, एमआईटी इंजीनियरों ने एक नया इम्प्लांटेबल डिवाइस डिज़ाइन किया है जो न केवल सैकड़ों हजारों इंसुलिन उत्पादक आइलेट कोशिकाओं को ले जाता है, बल्कि इसकी अपनी ऑनबोर्ड ऑक्सीजन फैक्ट्री भी है, जो शरीर में जल वाष्प को विभाजित करके ऑक्सीजन उत्पन्न करती है।
शोधकर्ताओं ने दिखाया कि जब इस उपकरण को मधुमेह से पीड़ित चूहों में प्रत्यारोपित किया गया, तो यह चूहों के रक्त शर्करा के स्तर को कम से कम एक महीने तक स्थिर रख सकता था। शोधकर्ता अब च्युइंग गम के टुकड़े के आकार के उपकरण का एक बड़ा संस्करण बनाने की उम्मीद कर रहे हैं, जिसका अंततः टाइप 1 मधुमेह वाले लोगों में परीक्षण किया जा सकता है।
“आप इसे मानव कोशिकाओं से बने एक जीवित चिकित्सा उपकरण के रूप में सोच सकते हैं जो एक इलेक्ट्रॉनिक जीवन समर्थन प्रणाली के साथ इंसुलिन का स्राव करता है। हम अब तक की प्रगति से उत्साहित हैं और हम वास्तव में आशावादी हैं कि यह तकनीक इसका अंत कर सकती है। मरीजों की मदद करना, ”एमआईटी के केमिकल इंजीनियरिंग विभाग में प्रोफेसर, एमआईटी के कोच इंस्टीट्यूट फॉर इंटीग्रेटिव कैंसर रिसर्च और इंस्टीट्यूट फॉर मेडिकल इंजीनियरिंग एंड साइंस (आईएमईएस) के सदस्य और अध्ययन के वरिष्ठ लेखक डैनियल एंडरसन ने कहा।
हालाँकि शोधकर्ता मुख्य रूप से मधुमेह के इलाज पर ध्यान केंद्रित करते हैं, उनका कहना है कि इस प्रकार के उपकरण को अन्य बीमारियों के इलाज के लिए भी अनुकूलित किया जा सकता है जिनके लिए चिकित्सीय प्रोटीन के बार-बार प्रशासन की आवश्यकता होती है।
एमआईटी अनुसंधान वैज्ञानिक सिद्धार्थ कृष्णन पेपर के मुख्य लेखक हैं, जो आज प्रकाशित हुआ है राष्ट्रीय विज्ञान अकादमी की कार्यवाही. शोध दल में एमआईटी के कई अन्य शोधकर्ता भी शामिल हैं, जिनमें रॉबर्ट लैंगर, एमआईटी में डेविड एच. कोच इंस्टीट्यूट के प्रोफेसर और कोच इंस्टीट्यूट के सदस्य, साथ ही बोस्टन चिल्ड्रन हॉस्पिटल के शोधकर्ता भी शामिल हैं।
इंजेक्शनों का प्रतिस्थापन
टाइप 1 मधुमेह वाले अधिकांश रोगियों को अपने रक्त शर्करा के स्तर की सावधानीपूर्वक निगरानी करने और दिन में कम से कम एक बार इंसुलिन का इंजेक्शन लगाने की आवश्यकता होती है। हालाँकि, यह प्रक्रिया रक्त शर्करा के स्तर को नियंत्रित करने की शरीर की प्राकृतिक क्षमता को दोहराती नहीं है।
इंसुलिन पर निर्भर अधिकांश मधुमेह रोगी खुद को इंसुलिन का इंजेक्शन लगाते हैं और अपना सर्वश्रेष्ठ प्रदर्शन करते हैं, लेकिन उनका रक्त शर्करा स्तर स्वस्थ नहीं होता है। यदि आप उनके रक्त शर्करा के स्तर को देखें, यहां तक कि उन लोगों के लिए भी जो बहुत सावधान हैं, तो वे जीवित अग्न्याशय की बराबरी नहीं कर सकते।।”
डैनियल एंडरसन, वरिष्ठ अध्ययन लेखक और प्रोफेसर, केमिकल इंजीनियरिंग विभाग, मैसाचुसेट्स इंस्टीट्यूट ऑफ टेक्नोलॉजी
एक बेहतर विकल्प उन कोशिकाओं को प्रत्यारोपित करना होगा जो रोगी के रक्त शर्करा के स्तर में वृद्धि का पता चलने पर इंसुलिन का उत्पादन करती हैं। कुछ मधुमेह रोगियों को मानव शवों से प्रत्यारोपित आइलेट कोशिकाएं प्राप्त हुई हैं, जिससे मधुमेह पर दीर्घकालिक नियंत्रण संभव हो सका है; हालाँकि, इन रोगियों को अपने शरीर को प्रत्यारोपित कोशिकाओं को अस्वीकार करने से रोकने के लिए इम्यूनोसप्रेसेन्ट लेना चाहिए।
अभी हाल ही में, शोधकर्ताओं ने स्टेम कोशिकाओं से प्राप्त आइलेट कोशिकाओं के साथ इसी तरह की सफलता दिखाई है, लेकिन जिन रोगियों को ये कोशिकाएं प्राप्त होती हैं उन्हें इम्यूनोसप्रेसेन्ट भी लेना चाहिए।
एक अन्य विकल्प, जो इम्यूनोसप्रेसेन्ट्स की आवश्यकता से बच सकता है, वह है प्रत्यारोपित कोशिकाओं को एक लचीले उपकरण में लपेटना जो प्रतिरक्षा प्रणाली से कोशिकाओं की रक्षा करता है। हालाँकि, इन संपुटित कोशिकाओं के लिए विश्वसनीय ऑक्सीजन आपूर्ति ढूँढना एक चुनौती साबित हुई है।
कुछ प्रायोगिक उपकरणों में, जिनमें नैदानिक परीक्षणों में परीक्षण किया गया उपकरण भी शामिल है, एक ऑक्सीजन कक्ष शामिल है जो कोशिकाओं को पोषण दे सकता है, लेकिन इस कक्ष को समय-समय पर रिचार्ज किया जाना चाहिए। अन्य शोधकर्ताओं ने ऐसे प्रत्यारोपण विकसित किए हैं जिनमें रासायनिक अभिकर्मक होते हैं जो ऑक्सीजन उत्पन्न कर सकते हैं, लेकिन वे भी अंततः समाप्त हो जाते हैं।
एमआईटी टीम ने एक अलग दृष्टिकोण अपनाया जो संभावित रूप से पानी को विभाजित करके अनिश्चित काल तक ऑक्सीजन उत्पन्न कर सकता है। यह एक प्रोटॉन एक्सचेंज झिल्ली का उपयोग करके किया जाता है; एक तकनीक जिसका उपयोग मूल रूप से ईंधन कोशिकाओं में हाइड्रोजन उत्पन्न करने के लिए किया गया था -; डिवाइस में स्थित है. यह झिल्ली जल वाष्प (जो शरीर में प्रचुर मात्रा में है) को हाइड्रोजन में विभाजित कर सकती है, जो हानिरहित रूप से फैलती है, और ऑक्सीजन, जो एक भंडारण कक्ष में जाती है जो एक पतली, ऑक्सीजन-पारगम्य झिल्ली के माध्यम से आइलेट कोशिकाओं को पोषण देती है।
इस दृष्टिकोण का एक महत्वपूर्ण लाभ यह है कि इसमें किसी तार या बैटरी की आवश्यकता नहीं होती है। इस जल वाष्प को विभाजित करने के लिए एक छोटे वोल्टेज (लगभग 2 वोल्ट) की आवश्यकता होती है, जो अनुनाद प्रेरक युग्मन के रूप में ज्ञात घटना का उपयोग करके उत्पन्न होता है। शरीर के बाहर स्थित एक ट्यून्ड चुंबकीय कुंडल डिवाइस के अंदर एक छोटे, लचीले एंटीना को करंट भेजता है, जिससे वायरलेस पावर ट्रांसफर की अनुमति मिलती है। इसके लिए एक बाहरी कुंडल की आवश्यकता होती है, जिसे शोधकर्ताओं को उम्मीद है कि इसे रोगी की त्वचा पर बैंड-सहायता की तरह पहना जा सकता है।
अनुरोध पर दवाइयाँ
अपना उपकरण बनाने के बाद, जिसका आकार अमेरिका के एक चौथाई के बराबर है, शोधकर्ताओं ने मधुमेह से पीड़ित चूहों पर इसका परीक्षण किया। चूहों के एक समूह को ऑक्सीजन पैदा करने वाली, पानी को विभाजित करने वाली झिल्ली वाला उपकरण मिला, जबकि दूसरे को बिना किसी पूरक ऑक्सीजन के आइलेट कोशिकाओं वाला उपकरण मिला। उपकरणों को पूरी तरह कार्यात्मक प्रतिरक्षा प्रणाली वाले चूहों में त्वचा के ठीक नीचे प्रत्यारोपित किया गया था।
शोधकर्ताओं ने पाया कि जिन चूहों में ऑक्सीजन पैदा करने वाला उपकरण प्रत्यारोपित किया गया, वे स्वस्थ जानवरों की तुलना में सामान्य रक्त शर्करा के स्तर को बनाए रखने में सक्षम थे। हालाँकि, जिन चूहों को बिना ऑक्सीजन वाला उपकरण दिया गया, वे लगभग दो सप्ताह के भीतर हाइपरग्लाइसेमिक (उच्च रक्त शर्करा के स्तर के साथ) हो गए।
जब एक चिकित्सा उपकरण को शरीर में प्रत्यारोपित किया जाता है, तो प्रतिरक्षा प्रणाली के हमले से आमतौर पर फाइब्रोसिस नामक निशान ऊतक का निर्माण होता है, जो उपकरण की प्रभावशीलता को कम कर सकता है। इस अध्ययन में उपयोग किए गए प्रत्यारोपण के आसपास इस प्रकार के निशान ऊतक का निर्माण हुआ, लेकिन रक्त शर्करा के स्तर को नियंत्रित करने में डिवाइस की सफलता से पता चलता है कि इंसुलिन अभी भी डिवाइस से बाहर फैलने में सक्षम था और ग्लूकोज इसमें फैल सकता था।
इस दृष्टिकोण का उपयोग उन कोशिकाओं को वितरित करने के लिए भी किया जा सकता है जो अन्य प्रकार के चिकित्सीय प्रोटीन का उत्पादन करते हैं जिन्हें लंबे समय तक प्रशासित करने की आवश्यकता होती है। इस अध्ययन में, शोधकर्ताओं ने दिखाया कि उपकरण उन कोशिकाओं को भी जीवित रख सकता है जो एरिथ्रोपोइटिन का उत्पादन करती हैं, एक प्रोटीन जो लाल रक्त कोशिका उत्पादन को उत्तेजित करता है।
एंडरसन कहते हैं, “हम आशावादी हैं कि जीवित चिकित्सा उपकरण बनाना संभव होगा जो शरीर में रह सकते हैं और आवश्यकता पड़ने पर दवाओं का उत्पादन कर सकते हैं।” “ऐसी कई बीमारियाँ हैं जिनके लिए रोगियों को बाह्य रूप से, कभी-कभी बहुत बार-बार प्रोटीन लेने की आवश्यकता होती है। यदि हम हर दूसरे सप्ताह में इन्फ्यूजन की आवश्यकता को एक एकल प्रत्यारोपण से बदल सकते हैं जो लंबे समय तक काम कर सकता है, तो मुझे लगता है कि यह वास्तव में कई रोगियों की मदद कर सकता है ।”
शोधकर्ता अब इस उपकरण को बड़े जानवरों और अंततः मनुष्यों पर परीक्षण के लिए अनुकूलित करने की योजना बना रहे हैं। मानव उपयोग के लिए, उन्हें एक ऐसा प्रत्यारोपण विकसित करने की उम्मीद है जो च्युइंग गम के एक टुकड़े के आकार का होगा। वे यह भी परीक्षण करने की योजना बना रहे हैं कि क्या उपकरण लंबे समय तक शरीर में रह सकता है।
कृष्णन कहते हैं, “हमने जिन सामग्रियों का उपयोग किया है वे स्वाभाविक रूप से स्थिर हैं और उनका जीवनकाल लंबा है, इसलिए मुझे लगता है कि ऐसा दीर्घकालिक संचालन संभव है, और हम उस पर काम कर रहे हैं।”
लैंगर कहते हैं, “हम इन निष्कर्षों को लेकर बहुत उत्साहित हैं, हमारा मानना है कि एक दिन मधुमेह और संभावित अन्य बीमारियों के इलाज के लिए एक बिल्कुल नया तरीका प्रदान किया जा सकता है।”
शोध को जेडीआरएफ, लियोना एम. और हैरी बी. हेल्मस्ले चैरिटेबल ट्रस्ट और नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ बायोमेडिकल इमेजिंग एंड बायोइंजीनियरिंग ऑफ द नेशनल इंस्टीट्यूट ऑफ हेल्थ द्वारा वित्त पोषित किया गया था।
स्रोत:
मैसाचुसेट्स की तकनीकी संस्था
पत्रिका संदर्भ:
स्टुअर्ट, टी., और अन्य. (2023) बायोसिग्नल संग्रह के लिए वायरलेस और बैटरी-मुक्त प्लेटफ़ॉर्म। बायोसेंसर और बायोइलेक्ट्रॉनिक्स। doi.org/10.1016/j.bios.2021.113007।
