به گزارش پایگاه اطلاع‌رسانی بنیان، محققان حوزه‌ی مهندسی و پزشکی در دانشگاه شهرهای دوقلوی مینه سوتا و کلینیک مایو، فرآیند جدیدی را برای ذخیره موفقیت‌آمیز سلول‌های جزایر پانکراس در دماهای بسیار پایین و گرم کردن مجدد آن‌ها ایجاد کرده‌اند که امکان پیوند این سلول‌ها را بر حسب نیاز فراهم می‌کند.

بر اساس گزارش مرکز کنترل و پیشگیری از بیماری‌ها (CDC)، دیابت هفتمین علت مرگ و میر در ایالات متحده است و سالانه منجر به حدود 90000 مرگ و میر می‌شود. با وجود آنکه کنترل دیابت پس از گذشت صد سال از زمان کشف انسولین بسیار بهبود یافته است، ولی حتی پیشرفته‌ترین روش‌ها هم به جای درمان قطعی، به عنوان یک راهکار درمانی برای این بیماری باقی مانده‌‌اند.

پیوند سلول‌های جزایر پانکراس-  فرآیندی که در آن پزشکان گروه‌هایی از سلول‌ها را از یک پانکراس سالم می‌گیرند و آنها را به یک گیرنده منتقل می‌کنند؛ و سپس این سلول‌ها در فرد گیرنده به خودی خود شروع به ساخت و ترشح انسولین می‌کند- یکی از روش‌های در حال بررسی برای درمان دیابت است. یکی از محدودیت‌های اصلی این رویکرد این است که پیوند از یک اهداکننده‌ی منفرد اغلب برای بی‌نیازی (استقلال) فرد دیابتی از تزریق انسولین ناکافی است. اغلب، دو، سه یا تعداد بیشتری پانکراس اهدا شده مورد نیاز است که خطرات مرتبط با مداخلات جراحی مکرر و دورهای متعدد القای سرکوب سیستم ایمنی را افزایش ‌دهد.

یک راهکار برای غلبه بر مشکل تأمین اهداکننده، جمع کردن جزایر از چندین اهداکننده، دستیابی به دوز بالای جزایر با تنها یک بار انفوزیون است. این فرآیند به دلیل ناتوانی در ذخیره‌ی ایمن جزایر برای مدت طولانی دچار محدودیت بود. تحقیقات قبلی نشان داده است که ذخیره سازی تنها برای 48 تا 72 ساعت قبل از پیوند ممکن است.

در تحقیقات جدید منتشر شده در ژورنال Nature Medicine، محققان روش جدیدی را برای ذخیره‌سازی انجمادی (cryopreservation)  جزایر توسعه دادند که مشکل ذخیره‌سازی را با امکان حفظ کیفیت کنترل‌شده و طولانی‌مدت سلول‌های جزایر حل می‌کند؛ بدین ترتیب سلول‌های جزایر از چندین اهدا کننده می‌توانند با هم ادغام شوند و برای پیوند مورد استفاده قرار گیرند. متأسفانه، فرآیند انجماد یا cryopreservation برای این هدف، موفقیت آمیز نبود؛ زیرا باید به طور همزمان امکان بازیابی، زنده‌مانی، عملکرد و مقیاس‌پذیری بالایی را فراهم می‌ساخت. بدین منظور، محققان در جزایر سلول‌های بتا (SC-beta) مشتق شده از موش، خوک، انسان و همچنین سلول‌های بنیادی جنینی انسان (SC) از طریق بهینه‌سازی جامع ترکیبات کرایوپروتکتانت (CPA)، شرایط بارگذاری و تخلیه CPA و روش‌های انجماد شیشه‌ای (Vitrification) و گرم کردن مجدد، توانستند به این هدف برسند.

این مطالعه توسط جان بیشوف، دکترای مهندسی مکانیک، استاد برجسته ی دانشگاه مک نایت و مدیر مؤسسه مهندسی پزشکی این دانشگاه، و پرفسور اریک فینگر، دانشیار جراحی در دانشکده پزشکی مینه سوتا، انجام شد. دکتر بیشوف و دکتر فینگر هر دو از اعضای مرکز تحقیقات مهندسی بنیاد ملی علوم برای فناوری‌های پیشرفته برای حفظ سیستم‌های بیولوژیکی (ATP-Bio) هستند و مرکز حفظ اعضای بدن در دانشگاه مینه‌سوتا را هدایت می‌کنند.

این مطالعه نشان داد:

1. با استفاده از یک سیستم تخصصی cryomesh، مایع محافظ برای سرمای اضافی قابل حذف است، این کار اجازه خنک شدن و گرم شدن سریع در حدود ده‌ها هزار درجه در ثانیه را می‌دهد و در عین حال از تشکیل یخ و ایجاد مشکلات بعدی جلوگیری می‌کند و سمیت را به حداقل می‌رساند (cryomesh از یک توری نایلونی با اندازه منافذ 38 میکرومتری تشکیل شده که دارای یک دسته پلاستیکی متصل به توری می‌باشد).
2.  این روش cryopreservation جدید، نرخ بقای سلولی و عملکرد بالا را حتی پس از 9 ماه نگهداری نشان داد (90.5% برای سلول‌های جزایر موش و حدود 92.1% برای سلول‌های بتا مشتق شده از سلول‌های بنیادی انسان، 87.2% برای جزایر خوک 87.4% برای جزایر انسان). ذخیره‌سازی با رویکرد cryopreservation بالقوه، از نظر تئوری نامحدود است.
3. در موش‌ها، پیوند این سلول‌های جزایر منجمد شده، دیابت را در 92 درصد دریافت‌کنندگان ظرف 24 تا 48 ساعت پس از پیوند درمان کرد.
4.  این نتایج نشان می‌دهد که این پروتکل جدید انجماد ممکن است وسیله‌ای قدرتمند برای بهبود زنجیره‌ی تأمین جزایر باشد، که امکان جمع شدن جزایر از پانکراس‌های متعدد را فراهم می‌کند و در نتیجه نتایج پیوند را بهبود می‌بخشد و می‌تواند دیابت را درمان کند.

پژوهشگران این طرح می‌گویند: ما اولین پروتکل انجماد و ذخیره‌سازی جزایر را ارائه دادیم که به طور همزمان بقا و عملکرد بالایی را در یک پروتکل مقیاس‌پذیر بالینی نشان داد. این روش می‌تواند زنجیره تأمین جداسازی، تخصیص و ذخیره‌سازی جزایر را قبل از پیوند متحول کند. از طریق ادغام جزایر انجمادی قبل از پیوند از پانکراس‌های متعدد، این روش نه تنها بیماران بیشتری را درمان می‌کند، بلکه از پانکراس ارزشمند اهداکننده نیز استفاده بهتری می‌کند.

محققان همچنین خاطرنشان کردند که این روش این قابلیت را دارد که برای دسترسی تعداد زیادی از افراد در سراسر جهان که از این بیماری رنج می برند، در مقیاس بزرگ انجام شود.

پرفسور فینگر، از محققان اصلی این پروژه می‌گوید: این پیشرفت هیجان‌انگیز توسط تیم تحقیقاتی چند رشته‌ای ما، رویکردهای مهندسی را برای حل یک چالش مهم پزشکی که درمان دیابت است، به ارمغان می‌آورد. علیرغم دهه‌ها تحقیق، پیوند جزایر همچنان محدود باقی مانده است. همیشه وعده‌های بزرگی داده می‌شود، اما هرگز کاملاً عملی و در دسترس نیست. تکنیک ما برای انجماد و ذخیره‌سازی جزایر برای پیوند می‌تواند گام مهمی برای دستیابی به این هدف عالی باشد.

بررسی اجمالی مطالعه و میزان سرد/گرم شدن کرایومش. a، فرآیند انجماد می‌تواند زیربنای زنجیره تأمین جزایر باشد، که امکان جمع‌آوری، ذخیره‌سازی و کنترل کیفیت را قبل از پیوند فراهم می‌سازد. سیستم‌های مدلی که برای کشف این مورد استفاده شدند عبارتند از جزایر موش، خوک، انسان و همچنین جزایر سلول‌های بنیادی انسان یا SC-beta. برای دست یافتن به بازیابی، زنده‌مانی، عملکرد و مقیاس‌پذیری بالا به طور همزمان، بهینه سازی کلی پارامترهای مرتبط با انجماد، از جمله سمیت CPA، تشکیل یخ و سرعت خنک کردن و گرم شدن در طول فرآیند انجماد شیشه‌ای، در این سیستم های جزایر انجام شد. سرعت سرمایش و گرم شدن به دست آمده می‌تواند تعادل بین سمیت CPA و تشکیل یخ را تنظیم کند. مورفولوژی جزایر، زنده مانی، سلامت متابولیک و عملکرد in vitro و in vivo پس از انجماد شیشه‌ای مورد بررسی قرار گرفت. hESC، سلول بنیادی جنینی انسان. b، تصویر شماتیک کرایومش در روش انجماد بلوری. پس از بارگذاری CPA، جزایر در حالت معلق به cryomesh منتقل شدند و محلول CPA اضافی قبل از قرار گرفتن در داخل نیتروژن مایع (LN2) حذف شد.

پایان مطلب/

:Ref

Zhan L, Rao JS, Sethia N, et al. Pancreatic islet cryopreservation by vitrification achieves high viability, function, recovery and clinical scalability for transplantation. Nat Med. 2022:1-11. doi: 10.1038/s41591-022-01718-1

  https://www.technologynetworks.com/tn/news/new-method-of-pancreatic-islet-cryopreservation-developed-359951.