Diyabet doktorları ve biyomedikal mühendislerinin birlikte gerçekleştirdiği çalışma, şeker hastalarının kan şekerlerini nasıl sabit tutacakları noktasında bir devrim niteliği taşıyor.

Milyonlarca şeker hastası için acı verici insülin enjeksiyonları artık tarihe karışmış olabilir. University of North Carolina ve NC State’ten araştırmacıları kan şekeri seviyesindeki artışı tespit edebilen ve ihtiyaç olduğunda kan akışına insülin salgısı yapabilen “akıllı insülin yongaları” üretmeyi başardı.

İnce,  kare şeklinde ve bir bozuk para büyüklüğündeki ‘yonga’nın üzerinde yüzden fazla kirpik inceliğinde küçük iğne bulunuyor. Bu ‘mikroiğneler’, mikroskopik insülin depo üniteleri ve glukoz-algılayan enzimlerle ile paketlenmiş halde durmakta ve kan şekeri çok yükseldiği anda vücuda ellerindeki kargoyu salabilmektedir.

Proceedings of the National Academy of Sciences’da yayımlanan araştırmada tip 1 diyabetin fare modellerinde 9 saate kadar kan şekerini düşürebilen yeni ve acısız bir yonga keşfedildi. Uygulama hastalara sağlanmadan önce, uygulamanın daha fazla preklinik teste ve insanlar üzerinde klinik denemelere tabi tutulması gerekiyor olsa da, şu an için dahi çok büyük bir umut kaynağı.

Araştırmanın baş yazarlarından ortak UNC/NC Biyomedikal Mühendisliği Bölümü Profesörü Zhen Gu : " Dizayn ettiğimiz yonga toksik olmayan biyouyumlu  maddelerden yapılıyor ve hızlı çalışıyor, ayrıca kullanması da kolay” şeklinde açıklıyor ve ekliyor : "Tüm sistem diyabetik olan kişilerin ağırlığına ve insüline duyarlılıklarına göre kişiselleştirilebilir, yani biz akıllı yongaları daha akıllı yapabiliriz.”

Diyabet dünya genelinde 387 milyon insanı etkilemektedir ve bu rakamın 2035 yılında 592 milyona ulaşacağı tahmin ediliyor. Tip1 diyabet ve ileri tip 2 diyabet hastaları kan şekerlerini sıradan ‘parmak ucundan kan örneği’ alma yöntemi ve sürekli tekrarlanan insülin iğneleri ile kontrol altında tutmaya çalışıyor. Bu yöntem de çoğunlukla acılı ve kesin olmayan bir uygulamadır. UNC Diabetes Care Center (Diyabet Tedavi Merkezi) yöneticisi ve makalenin baş yazarlarından John Buse bu konuda şöyle bir açıklamada bulundu : " İlaç tedavisini yanlış miktarlarda uygulamak körlük, uzuvlarda özür hatta diyabetik koma ve ölüme varan ciddi komplikasyonlara sebep olabiliyor.”

Araştırmacılar potansiyel insan hatasını egale etmek için, kan şekerini direk bağlantılar ile izleyerek insülin yetiştirebilen “kapalı-döngü sistemleri” yarattı. Ancak bu yaklaşım da birkaç günde bir değiştirilmesi ve derinin altına tutturulması gereken, iğne uçlu kateterlerin, mekanik sensörler ile pompaların kullanılmasını zorunlu kılıyor.

Tamamen insan yapımı başka bir sistem tasarlayıp icat etmek yerine, Gu ve ekip arkadaşları vücudun doğal insülin üreticileri olan beta hücrelerini taklit etmeyi seçti. Bu çok yönlü hücreler hem fabrika hem de depo gibi çalışarak, insülini hem üretiyor hem de bünyesinde küçük kapalı kesecikler (vesicle) içinde depo ediyor. Beta hücreleri ayrıca alarm çağrı merkezleri gibi çalışarak kan şekerindeki yükselmeleri hissederek kan dolaşımına insülin salgısı gerçekleştiriyor.



Gu'nun laboratuarında doktora öğrencisi ve makalenin baş yazarı Jiching Yu : “Biz, benzer bir görevler görmesi için, doğada kolaylıkla bulunabilen iki materyalden yapay kesecikler inşa ettik.” diyerek keşiflerini özetledi.

Bu maddelerden ilki ‘HA’ olarak bilinen birçok kozmetik ürünün içinde bulunan doğal bir madde hiyalüronik asittir. İkincisi, teşhis bilimi çerçevesinde sıkça kullanılan bir organik madde olan 2-nitroimidazol (NI) maddesiydi. Araştırmacılar, bu iki maddeyi bağlayarak yeni bir molekül üretti. Bu molekülün bir ucu hidrofilik (suyu seven - su ile bağ yapabilen) iken diğer ucu hidrofobik  (sudan korkan -suyu sevmeyen) özellik taşıyor.  Bu moleküllerin bir karışımı kendiliğinden birleşerek hidrofobik uçlar içeriyi, hidrofilik uçlar dışarıyı işaret edecek şekilde kesecik (suyun içerisinde yağ moleküllerinin birleşerek oluşturduğuna benzer şekilde) halini alıyor.

Sonuçta milyonlarca, her biri insan saçının genişliğinin 100’de biri büyüklüğünde baloncuk şeklinde yapılar oluştu. Her keseciğin içine, araştırmacılar tarafından katı insülin kürecikleri ve glikozu algılayan enzimler ekleniyor.

Laboratuvar deneylerinde, kandaki şeker seviyesi arttığında, önemli miktarda glikozun yapay keseciklerinIn içinde biriktiği gözlemlendi. Daha sonra enzimler, glikozları glukonik asite çevirerek oksijen tüketiyorlar. Sonuçta oluşan oksijen azlığı (hipoksiya), hidrofobik NI moleküllerini hidrofilik yaparak keseciklerin dağılmasına ve kan dolaşımına insülin göndermesine sebep oluyor.

Araştırmacılar bu “akıllı insülin nanoparçacık”ı dizayn ettikten sonra, diyabet hastalarına uygulamanın bir yolunu bulmak durumundalardı. Daha önceki yaklaşımlardaki gibi kateterlerde büyük iğneler kullanmak yerine; şekeri hissedebilen insülin salabilen kürecikleri ince iğnecik düzenini kullanmayı tercih ettiler.

Gu; mikroiğneleri, nanoparçacıkların temel bileşeni olan hiyalüronik asiti kullanarak üretti. Yalnızca maddenin -deriyi daha kolay delip, buraya tutturulması için - daha sert formunu kullandı. İnce bir silikon zarın üzerine yüzden fazla mikroiğnenin yerleştirilmesi ile, bu küçük ve acısız iğne yatağı ‘yonga’ üretildi. Bu yonga deri üzerine yerleştirildiğinde, mikroiğneler deri yüzeyini delerek hemen deri altında bulunan kılcal damarlardaki kan dolaşımına bağlanıyor.

Araştırmacılar bu yöntemin geçerliliğini test etmek için tip 1 diyabetin fare modellerinde kan şekeri kontrolü izlendi. Bir grup fareye standart insülin enjeksiyonu uygulandı ve kan şekeri seviyeleri ölçüldü. Kan şekerinde düşüş gerçekleşmesine rağmen, hemen akabinde kan şekeri seviyesinin hızla hiperglisemik oranlara geri tırmandığı gözlemlendi. Buna karşın, diğer bir fare grubuna mikroiğne yongası yerleştirildi. Kan şekeri seviyesinin yarım saat içerisinde normal değerlere düştüğü ve saatlerce bu seviyelerde kaldığı gözlemlendi.

Bunlara ek olarak, araştırmacılar her mikroiğnedeki enzim miktarının dozunu çeşitlendirerek, kan şekeri seviyesini yalnızca küçük miktarlarda değiştirecek şekilde yonga üzerinde ayarlamalar yapabileceklerini de tespit ettiler. Ayrıca bulgulara göre, yonga insülin enjeksiyonlarının verdiği zararı da vermiyor. Enjeksiyonlar üst üste uygulandığında kan şekerini hızla düşürerek tehlikeli seviyelerin altına indirebiliyor.

American Diabetes Association (Amerika Diyabet Birliği) eski başkanı ve  North Carolina Translational and Clinical Sciences (NC TraCS) Institute yöneticisi Buse : “Diyabet tedavisinin zor olan kısmı insülin iğneleri, diyet veya kan şekeri testleri değil ancak bunların teşhisten sonra hergün defalarca yapmak zorunda olmanızdır. Eğer bu yongaları insanlarda çalışır hale getirebilirsek, oyunun kuralları baştan yazılacaktır " şeklinde bir açıklamada bulundu.

Fareler, insanlara göre insüline daha duyarlı olduğu için, araştırmacılar; gerçek hastalara verildiğinde yonganın kan şekerini sabitleyici etkisinin, daha uzun süreli olabileceğini düşünüyor. Gu, son hedeflerinin hastaların yalnızca birkaç günde bir değiştirecekleri akıllı insülin yongaları geliştirmek olduğunu söyledi.

 

---

Kaynak : UNC Health Care and UNC School of Medicine Websitesi, Smart insulin patch could replace painful injections for diabetes, news.unchealthcare.org/news/2015/june/smart-insulin-patch-could-replace-painful-injections-for-diabetes

---