Ученые создали прототип биоэлектронного имплантата, который позволяет генетически модифицированным клеткам, производящим лекарственные вещества, сохранять жизнеспособность свыше месяца.
Ирина Медведева
Крис Райт, аспирант Университета Райса, держит в руках устройство длиной в несколько сантиметров, которое насыщает сконструированные клетки кислородом и поддерживает их жизнеспособность, пока они производят медицинские препараты. Источник: Джеред Джонс/Университет Райса
«Живая аптека» — уже не фантастика
Как утверждает IEEE Spectrum, разработка ученых из Университета Райса демонстрирует значительный прогресс в направлении создания «живых аптек» автономных систем, способных синтезировать и высвобождать терапевтические агенты непосредственно внутри тела пациента.
В основе подхода лежит использование клеток, которые с помощью генной инженерии преобразуются в фабрики по производству биопрепаратов. Данный класс препаратов уже активно применяется для борьбы с раком, аутоиммунными и хроническими патологиями, такими как астма и пр. Но главной проблемой была плохая приживаемость этих клеток в организме.
Представленный имплантат преодолевает это ограничение благодаря встроенной биоэлектронной системе, обеспечивающей клетки кислородом. Как описано в журнале Device, биочип генерирует кислород посредством электрохимических реакций, это обеспечивает метаболизм клеток и стабильную продукцию терапевтических молекул.
Инновацией явилась усовершенствованная система электролиза с катализатором на основе оксида иридия. В сравнении с традиционными методами, которым необходимо высокое напряжение и которые производят токсичные побочные продукты, новая схема функционирует при более низком напряжении и сводит синтез токсичных веществ к минимуму.
HOBIT объединяет комплекс модулей в корпусе 4,5 см
Инновационный имплантат, названный HOBIT, соединяет в герметичном корпусе примерно 4,5 см следующие модули: камеру для клеток, оксигенатор, встроенный источник питания и беспроводной блок управления. Для устройства характерна полная автономность работы без необходимости внешнего питания.
Клетки заключены в проницаемые гелевые капсулы, пропускающие питательные вещества и синтезированные препараты, но изолирующие их от атаки иммунной системы.
В испытаниях на грызунах имплантат обеспечивал жизнедеятельность трёх типов модифицированных клеток, продуцирующих антитела, гормон и аналог пептида GLP-1 в течение 31 дня.
Эксперимент продемонстрировал значительное повышение выживаемости: к завершению испытаний поддерживали жизнеспособность 64,6% клеток (19,2% в контрольной группе). При этом наблюдалась стабильная выработка нескольких препаратов с различной фармакокинетикой.
Проект осуществляется совместно исследователями из Северо-Западного университета и Университета Райса. Как отмечает один из специалистов Джонатан Ривнай, цель их работы — создание мини-имплантатов, способных работать месяцы и даже годы, автоматически корректируя состав, дозу и время доставки терапевтических агентов.
Впереди — персонализированная непрерывная терапия
Следующим шагом в развитии метода станет интеграция сенсоров для отслеживания биомаркеров и контроля активности клеток, таких как оптогенетика и электрогенетика. Эти технологии позволяют управлять экспрессией генов с помощью световых или электрических сигналов.
Параллельно научная группа решает задачи адаптации данной системы в проект, который направлен на разработку комплексной иммунотерапии для лечения онкологических заболеваний.
Основным препятствием для клинического внедрения остаётся необходимость получения разрешения от регуляторных органов, пока не одобряющих биогибридные системы, комбинирующие живые клетки и электронные компоненты.
Но разработчики уверены — последовательное доказательство безопасности и эффективности поможет преодолеть данное ограничение.
В случае успешного доведения технологии до клинического применения, она способна кардинально изменить принципы лечения хронических и сложных заболеваний, обеспечив персонализированную, непрерывную терапию внутри организма.
Тема все более тесного сближения электронных и биологических систем становится популярной. Недавно журнал «Химагрегаты» затронул ее в статье «Шаг к созданию биосовместимых гаджетов: что может эластичный светочувствительный гель«.