العلماء يبتكرون أداة لمساعدة مرضى السكري تستمد الطاقة من المريض

⬤ صنع العلماء خلية طاقة تحول سكر الدم إلى كهرباء يمكن استخدامها لأجهزة مصغرة.

⬤ المخطط هو استخدام هذه الخلايا لتشغيل خلايا بيتا المولدة للأنسولين والتي تساعد مرضى السكري.

⬤ يمكن أن تستبدل هذه الأداة الخيارات الحالية التي تحتاج بطاريات خارجية تحد من استخداماتها.

تتميز خلايا وقود الجلوكوز بنجاعتها في تسخير الطاقة الكيميائية للجسم وتحويلها إلى شحنة كهربائية، فهي إلى ذلك حازت اهتمام العلماء منذ انطلاق الأبحاث بشأن إمكاناتها المحتملة عام 1968. وعلى مدار الأعوام الطويلة من الأبحاث العلمية، واجه العلماء عوائق كثيرة للاستفادة من هذه البطارية المعتمدة على التكنولوجيا الحيوية، خاصة فيما يتعلق بمسألة التوافق الحيوي مع الجسم المضيف. بيد أنّ نتائج بحثية واعدة تشير إلى احتمال استخدامها في علاج داء السكري من النوع الأول.

فقد استطاع باحثون من المعهد الفدرالي للتكنولوجيا بزوريخ تطوير خلية  وقود جديدة قابلة للزرع في الجسم بغرض السيطرة على أعراض داء السكري من النوع الأول. والأمر المميز في هذا الإنجاز هو قدرة الخلية على الارتباط بخلية بيتا الاصطناعية، التي سبق لفريق الباحثين تطويرها عام 2016، والتي تُنتج الأنسولين وتُفرزه عند تحفيزها.

ويعلق البرفسور مارتن فوسينيجر، من قسم علوم وهندسة النظم الحيوية في المعهد، على هذا الأمر قائلاً: “هذا النظام الجديد يعمل مستقلاً لتنظيم مستويات الأنسولين والجلوكوز، ويمكننا استخدامه مستقبلاً لعلاج داء السكري”. والجدير ذكره هنا أن مضخات الأنسولين الحالية تعمل حالياً بمصادر الطاقة الخارجية، مثل البطاريات الوحيدة الاستخدام.

وتشبه خلية الوقود الجديدة كيس الشاي، وهي إلى ذلك مغطاة بقماش غير منسوج وطبقة من الألجينات، وهي مادة مشتقة من الطحالب يشيع استخدامها في الطب الحيوي نظراً لدرجتها العالية من التوافق الحيوي مع الجسم المضيف. وعندما تُزرع الخلية تحت الجلد، تمتص طبقة الألجينات سوائل الجسم، فينتشر الجلوكوز على السطح ويتدفق إلى مركز الطاقة. وقد طور الباحثون داخل الخلية أنوداً (مصعد كهربائي) مصنوعاً من جسيمات نانوية من النحاس، فمهمته هي تفكيك الجلوكوز إلى حمض الجلوكونيك وبروتون لتوليد التيار الكهربائي.

 ويقول فوسينيجر عن هذا الأمر: “يستهلك أناس كثيرون كميات زائدة من الكربوهيدرات يومياً، لا سيّما في الدول الغربية الصناعية. ومن هنا استلهمنا الفكرة لاستخدام هذه الطاقة الأيضية الزائدة في إنتاج الكهرباء اللازمة لتشغيل الأجهزة الطبية الحيوية”.

فالأمر المهم في هذه الفكرة هو ارتباط خلية الوقود بكبسولة الأنسولين المحتوية على خلايا بيتا التي طورها الفريق؛ فهما معاً يشكلان دارة كهربائية ذاتية التنظيم. وهكذا كلما ازدادت نسبة الجلوكوز في الدم، بدأت البطارية العمل، وهذا يعني أن التيار الكهربائي المنبعث منها يحفز عملية إنتاج وإفراز الأنسولين من خلايا بيتا. أما انحفاض مستويات الجلوكوز في الدم فيُشغّل مستشعر العتبة الدنيا في خلية الوقود، فتتوقف عن العمل مسببة بذلك توقف إفراز وإنتاج الأنسولين.

وتوفر هذه الدارة الكهربائية المستدامة طاقة كافية للاتصال مع جهاز خارجي، مثل الهاتف الذكي؛ مما يتيح تنفيذ عمليات المراقبة والضبط، واتخاذ إجراءات التدخل الطبي عند الضرورة. وقد اختبرت هذه التكنولوجيا الحيوية بنجاح على الفئران، ويسعى الباحثون حالياً إلى توفير الموارد اللازمة لتطوير نموذج أولي صالح للتسويق.