Malý generátor kyslíku zabudovaný do čipu o velikosti mince by mohl radikálně změnit způsob, jakým je pacientům podávána biologická léčba.
Výzkumníci z Northwestern University, Rice University a Carnegie Mellon University představili implantovatelné zařízení, které vyrábí léky a uvolňuje je přímo do těla pacienta, a to nepřetržitě po dobu několika týdnů.
Článek publikovaný v časopise Cell Press popisuje systém nazvaný HOBIT, což je zkratka pro Hybrid Oxygenation Bioelectronics System for Implantable Therapy. Za názvem, který evokuje klasické dílo fantastické literatury, se skrývá přísně biologický přístroj schopný vyřešit problém, který tyto technologie brzdil celá desetiletí.
Hlavním nepřítelem buněčných implantátů byl vždy nedostatek kyslíku. Když jsou živé buňky uzavřeny v kapsli pod kůží, soutěží o životně důležitý zdroj, který prostředí těla ne vždy poskytuje v dostatečném množství. Bez kyslíku buňky odumírají a s nimi mizí i veškerá terapeutická schopnost. Toto úzké hrdlo po léta bránilo takzvaným „živým lékárnám“ přejít z teorie do praxe.
Tvůrci HOBITu se s tímto problémem vypořádali řešením tak přímočarým, až je téměř elegantní: výroba kyslíku uvnitř samotného implantátu. Malý elektrochemický generátor rozkládá molekuly vody a uvolňuje kyslík přímo tam, kde ho buňky potřebují, aniž by se spoléhal na přirozenou difuzi nebo okolní tkáňové podmínky. Jonathan Rivnay, jeden z vedoucích výzkumníků, to shrnuje: „Vyrábíme kyslík přímo tam, kde ho buňky potřebují. To nám umožňuje pracovat s mnohem větší hustotou buněk na mnohem menším prostoru.„
Díky této strategii se uvnitř HOBITu nacházejí geneticky modifikované buňky, které fungují jako malé farmaceutické továrny. Při testech tyto buňky současně vytvářely tři velmi odlišné sloučeniny: protilátku proti HIV, peptid analogický těm, které se používají při léčbě diabetu 2. typu, a leptin, hormon nezbytný pro regulaci chuti k jídlu a energetického metabolismu. Tři molekuly s různými biologickými rytmy koexistující v jednom systému.
Odborníci projektu poukazují na to, že právě v tom spočívá jedinečná hodnota zařízení. Běžné biologické léky mají velmi rozdílné poločasy rozpadu: některé se z těla vyloučí během několika hodin, zatímco jiné přetrvávají několik dní. Udržování stabilních koncentrací několika terapií současně často vyžaduje pravidelné injekce nebo složité protokoly podávání. Rivnay potvrzuje: „Protože naše implantované ‚buněčné továrny‘ produkují tyto sloučeniny nepřetržitě a technologie okysličování udržuje buňky při životě, můžeme udržovat konstantní hladiny několika léčebných postupů najednou.„
Pokusy na zvířatech potvrzují tato slova konkrétními čísly. U myší udržovaly implantáty vybavené okysličovacím systémem stabilní hladiny všech tří látek po dobu nejméně 30 dnů. Zařízení bez okysličování naopak rychle ztrácela účinnost a některé molekuly již nebyly detekovatelné za méně než týden. Rozdíl na konci studie byl markantní: v okysličených implantátech přežilo přibližně 65 % buněk, zatímco v běžných implantátech zůstalo životaschopných pouze 20 %.
Tento průlomový objev je více než jen lékařská pomůcka. Je to změna v chápání farmakologie: ne jako něčeho, co se podává zvenčí v přesných dávkách, ale jako kontinuálního procesu, integrovaného v samotném organismu, který pracuje na pozadí stejně jako jiný orgán. Léčba, která nezávisí na zapamatování si pilulky nebo na pravidelných návštěvách ordinace lékaře.
Tato myšlenka může znít jako sci-fi hodná vesmírného cestování ve Star Treku, ale experimentální data ji pevně ukotvují v realitě. Přesto vědci uznávají, že je před nimi ještě kus cesty: dalšími kroky jsou testování technologie na větších zvířatech a zkoumání konkrétních aplikací, včetně využití buněk slinivky k léčbě cukrovky.
„Začínáme odhadovat, jak mohou bioelektronika a buněčná terapie fungovat společně na jedné platformě,“ uzavírá Rivnay. Jakmile tyto technologie dozrají, zařízení jako HOBIT „by mohla fungovat jako programovatelné továrny na léky uvnitř těla, schopné dodávat komplexní terapie způsobem, který dnes prostě není možný„.