كهرباء «جلوكوز الدم» لتوصيل الأنسولين

نموذج لخلية الوقود وهي أكبر قليلا من الصورة المصغرة التي ستوضع بالجسم (المعهد الفيدرالي للتكنولوجيا بسويسرا)

في مرض السكري من النوع الأول، لا ينتج الجسم الأنسولين، وهذا يعني أنه يجب على المرضى الحصول على الهرمون من الخارج لتنظيم مستويات السكر في الدم.
وفي الوقت الحالي، يتم ذلك في الغالب عن طريق مضخات الأنسولين التي يتم توصيلها مباشرة بالجسم، وتتطلب هذه الأجهزة، بالإضافة إلى التطبيقات الطبية الأخرى مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب، مصدراً موثوقا للطاقة، والذي يتم تلبيته في الوقت الحالي بشكل أساسي من البطاريات التي تستخدم مرة واحدة أو البطاريات القابلة لإعادة الشحن.
والآن، قام فريق من الباحثين بقيادة مارتن فوسينجر، من قسم علوم وهندسة النظم الحيوية في المعهد الفيدرالي للتكنولوجيا بسويسرا، بوضع فكرة تبدو مستقبلا موضع التنفيذ، حيث طوروا خلية وقود قابلة للزرع، تستخدم سكر الدم الزائد (الجلوكوز) من الأنسجة لتوليد الطاقة الكهربائية، ودمج الباحثون خلية الوقود مع خلايا بيتا الاصطناعية التي طورتها مجموعتهم منذ عدة سنوات، والتي تنتج الأنسولين بلمسة زر وتخفض مستويات الجلوكوز في الدم بشكل فعال، وتم الإعلان عن هذا الإنجاز في العدد الأخير من دورية «أدفانسيد ماتريالز».
ويقول فوسينغر، في تقرير نشره أمس (الثلاثاء) الموقع الإلكتروني للمعهد الفيدرالي للتكنولوجيا: «يستهلك الكثير من الناس، وخاصة في الدول الصناعية الغربية، كربوهيدرات أكثر مما يحتاجون إليه في الحياة اليومية، وهذا يؤدي إلى السمنة والسكري وأمراض القلب والأوعية الدموية، وأعطانا هذا فكرة استخدام هذه الطاقة الأيضية الزائدة لإنتاج الكهرباء لتشغيل الأجهزة الطبية الحيوية».
ويوجد في قلب خلية الوقود أنود (قطب كهربائي) مصنوع من جسيمات نانوية قائمة على النحاس، ابتكره فريق فوسينغر خصيصا لهذا التطبيق، وهو يتألف من جزيئات نانوية أساسها النحاس ويقسم الجلوكوز إلى حمض الجلوكونيك وبروتون لتوليد الكهرباء، مما يحرك دائرة كهربائية ملفوفة في قماش غير منسوج ومغلفة بمادة ألجينات، وهو منتج من الطحالب المعتمدة للاستخدام الطبي، وتشبه خلية الوقود كيس شاي صغيرا يمكن زرعه تحت الجلد، وتمتص الألجينات سوائل الجسم وتسمح للجلوكوز بالمرور من الأنسجة إلى خلية الوقود بداخلها.
وفي الخطوة الثانية، ربط الباحثون خلية الوقود بكبسولة تحتوي على خلايا بيتا اصطناعية، لإنتاج الأنسولين، ويجمع النظام بين توليد الطاقة المستدام وإيصال الأنسولين المتحكم فيه، فبمجرد أن تسجل خلية الوقود الجلوكوز الزائد، فإنها تبدأ في توليد الطاقة، ثم تُستخدم هذه الطاقة الكهربائية لتحفيز الخلايا على إنتاج الأنسولين وإطلاقه في الدم، ونتيجة لذلك ينخفض سكر الدم إلى المستوى الطبيعي، وبمجرد أن ينخفض إلى ما دون قيمة مستوى معين، يتوقف إنتاج الكهرباء والأنسولين.