گروه پژوهشگران دانشگاه جیائو تونگ شانگ‌های دستاوردی بزرگ در درمان با هیدروژن را اعلام کرده‌اند. آن‌ها ایمپلنتی نوین بر پایه نانوتکنولوژی توسعه داده‌اند که قادر است هیدروژن را به بدن برساند و با پیری و بیماری‌های ناشی از آن مانند مشکلات است‌خوانی و آلزایمر مقابله کند.
به گزارش ایس‌سی‌ام‌پی، تیمی از محققان به رهبری دانشگاه جیائو تونگ شانگ‌های روشی درمانی بر پایه هیدروژن ابداع کرده‌اند که می‌تواند تغییرات مرتبط با افزایش سن را معکوس نماید و پیشروی بیماری‌های وابسته به پیری را متوقف سازد.
دانشمندان از پیش می‌دانستند هیدروژن می‌تواند در کاهش سرعت و معکوس‌سازی ساعت پیری سلولی نقش داشته باشد. اکنون در مقاله‌ای منتشرشده در نشریه نیتشر کامیونیکشنز، آن‌ها اعلام کرده‌اند که موفق شده‌اند به‌شکل ایمن تراکم بالایی از مولکول‌های هیدروژن را برای مدت طولانی به بدن برسانند تا اثر درمانی داشته باشد.
این محققان با بهره‌گیری از نانوتکنولوژی، ایمپلنتی ساخته‌اند که هیدروژن را ۴۰ هزار برابر موثرتر از روش‌های سنتی نظیر نوشیدن آب غنی از هیدروژن یا استنشاق گاز هیدروژن به بدن می‌رساند. بر اساس این مقاله، ایمپلنت جدید می‌تواند تا یک هفته به‌صورت آهسته و پایدار هیدروژن آزاد نماید. نتایج آزمایش‌ها نشان می‌دهد درمان درازمدت با این روش توانسته است نقایص است‌خوانی در موش‌های پیر را ترمیم کند.
درمان و معکوس‌سازی پیری با تحویل هیدروژن‌رسانی به بدن
هیدروژن به‌عنوان یک عامل ضد‌الت‌هابی عمل کرده و رادیکال‌های مضر مرتبط با پیری را از بین می‌برد. هه چیانجون، محقق دانشگاه جیائو تونگ شانگ‌های و از نویسندگان این مقاله، می‌گوید هدف اصلی این درمان رفع مشکلات است‌خوانی در سالمندان بوده است، اما در آینده ممکن است برای سایر مشکلات مرتبط با پیری مانند آلزایمر نیز به‌کار گرفته شود.
هه چیانجون توضیح می‌دهد که هیدروژن می‌تواند محیط الت‌هابی پیری در بدن را در سطح بسیار پایین در مراحل اولیه باز‌نویسی نماید و تأثیری دنباله‌دار بر ترمیم‌های آتی است‌خوانی داشته باشد. ایمپلنت توسعه‌یافته از نظر زیستی ایمن است و علاوه بر گاز هیدروژن از موادی مانند متاسیلیکات و یون‌های کلسیم بهره می‌برد.
این ایمپلنت در واقع با پاشش نانوذرات دی‌سیلیسید کلسیم بر روی یک شیشه متخلخل و زیست‌فعال ساخته شده و سپس با یک پلیمر زیست‌تخریب‌پذیر پوشش داده شده تا از تخریب سریع ایمپلنت و رها‌سازی ناگ‌هانی هیدروژن جلوگیری شود. این روش می‌تواند در بازه زمانی ۷ تا ۹ روز به آرامی هیدروژن خود را آزاد نماید که بسیار بهتر از روش‌های موجود است.
این محققان اکنون قصد دارند همین روش را برای رها‌سازی هیدروژن در بازه زمانی طولانی‌تر پیاده‌سازی کنند.
تیم پژوهشگران بیان کرده است که ایمپلنت پیشن‌هادی می‌تواند پتانسیل بالایی برای کاربرد‌های بالینی در آینده داشته باشد. آن‌ها تأکید می‌کنند که بیوسازگاری بالا و کنترل دقیق رها‌سازی هیدروژن، این دستگاه را به گزینه‌ای واعد برای درمان‌های درازمدت تبدیل می‌کند.
محققان در ادامه برنامه‌ریزی می‌کنند تا اثرات جانبی احتمالی و کارایی در مدل‌های حیوانی بزرگ‌تر را بررسی کنند. آن‌ها امیدوارند با بهینه‌سازی طراحی پلیمری، بازه رها‌سازی را به چندین هفته افزایش دهند تا نیاز به جراحی‌های تکراری برای جایگزینی ایمپلنت از بین برود.
نتایج این پژوهش در نشریه معتبر نیتشر کامیونیکشنز منتشر شده و می‌تواند راه جدیدی را در پزشکی باز‌سازی و درمان‌های ضد‌پیری گشاید. جامعه علمی منتظر نتایج مراحل بعدی آزمایش‌های پیشین بالینی است تا امکان کاربرد در انسان ارزیابی شود.
این پژوهش نشان می‌دهد که نانوتکنولوژی می‌تواند راهکار‌های نوینی برای چالش‌های پزشکی مرتبط با پیری ارائه دهد. ترکیب مواد زیستی سازگار با سیستم‌های تحویل داروی کنترل‌شده، افق‌های جدیدی در درمان بیماری‌های مزمن گشوده است.
محققان معتقدند که اصول طراحی این ایمپلنت می‌تواند برای انتقال سایر مولکول‌های درمانی با نیمی‌عمر کوتاه یا سمیت بالا نیز بکار گرفته شود. این رویکرد می‌تواند دقت و ایمنی درمان‌های موضعی را به طور قابل توجه‌ی افزایش دهد.
جامعه علمی بین‌المللی با استقبال از این نتایج، تأکید کرده است که مراحل بعدی شامل آزمایش‌های سمیت‌شناسی جامع و ارزیابی در مدل‌های پرایمیت ضروری است. تنها پس از تایید ایمنی و کارایی در سطوح بالا‌تر، امکان ورود به آزمون‌های بالینی انسانی فراهم خواهد شد.
مکانیزم کارکرد این ایمپلنت بر پایه واکنش هیدرولیز دی‌سیلیسید کلسیم در محیط فیزیولوژیک استوار است. در تماس با مایع‌های بین‌سلی، این نانوذرات به تدریج تجزیه شده و گاز هیدروژن تولید می‌کنند، در حالی که یون‌های کلسیم و سیلیس آزادشده به باز‌سازی بافت است‌خوانی کمک می‌کنند.
پوشش پلیمری زیست‌تخریب‌پذیر نقش حیاتی در کنترل سینتیک رها‌سازی ایفا می‌کند. با تنظیم وزن مولکولی، تراکم متقاطع و هیدروفیلیسیته پلیمر، محققان توانسته‌اند نرخ انتشار هیدروژن را در بازه زمانی مطلوب هندسی کنند و از انتشار ناگ‌هانی که می‌تواند سمیت موضعی ایجاد کند، پیشگیری نمایند.
آزمایش‌های هستوپاتولوژی بر بافت‌های اطراف محل ایمپلنت‌گذاری در موش‌ها، هیچ‌گونه واکنش الت‌هابی مزمن، فیبروز ولی یا نخرس را نشان نداده است. این یافته از بیوسازگاری عالی مواد بکاررفته و ایمنی نسبی روش در مدل حیوانی گواه‌ی می‌دهد.
مقایسه با روش‌های سنتی درمانی هیدروژنی
روش‌های مرسوم شامل نوشیدن آب هیدروژنی، استنشاق گاز هیدروژن و تزریق محلول هیدروژنی وریدی هستند. هر یک از این روش‌ها محدودیت‌هایی دارند حلالیت پایین هیدروژن در آب، نیمی‌عمر بسیار کوتاه در جریان خون، عدم امکان هدف‌سازی بافتی و نوسانات شدید غلظت پلاسمایی.
ایمپلنت نانویی توسعه‌یافته، این چالش‌ها را با ارائه منبع موضعی، پایدار و کنترل‌شده هیدروژن برطرف می‌کند. غلظت هیدروژن در بافت هدف به سطح درمانی می‌رسد در حالی که’ سیستمیک به حداقل می‌رسد. این ویژگی برای کاهش اثرات جانبی احتمالی و افزایش انطباق بیمار حیاتی است.
مطالعات فارماکوکینتیکی نشان می‌دهد که مساحت زیر منحنی غلظت-زمان (AUC) برای هیدروژن بافتی در روش ایمپلنتی، چندین رده بزرگ‌تر از روش‌های سنتی است. این برتری کمی، پایه علمی ادعای ۴۰ هزار برابر موثرتر بودن را تقویت می‌کند.
پتانسیل‌های درمانی فرا‌تر از استخوان و مغز
هرچند تمرکز اصلی این پژوهش بر ترمیم استخوان و پیشگیری از تنک عصبی بوده، مکانیزم‌های مولکولی هیدروژن طیف وسیعی از کاربرد‌های بالینی را پیش‌بینی می‌کند. استرس اکسیداتیو و الت‌هاب مزمن کم‌گرایه، ریشه مشترک بسیاری از بیماری‌های مربوط به سن هستند.
بیماری‌های قلبی-عروقی مانند اتروسکلروز، نارسایی قلب و یراق‌آوری عروق می‌توانند از خواص ضد‌الت‌هابی و ضد‌آپوپتوتیک هیدروژن موضعی بهره‌مند شوند. ایمپلنت‌های قابل تزریق در بافت‌های پریواسکولار یا می‌وکاردیال، می‌توانند غلظت‌های درمانی را مستقیما در محل آفات ایجاد نمایند.
در دیابت نوع ۲ و اختلالات متابولیک، هیدروژن می‌تواند حساسیت به انسولین را بهبود بخشد، الت‌هاب بافت چربی را کاهش دهد و عملکرد بتا سلولی را حفظ نماید. سیستم‌های تحویل کنترل‌شده هیدروژن در ناحیه پانکراس یا بافت چربی ویس، رویکرد نوینی در مدیریت این بیماری‌ها محسوب می‌شود.
بیماری‌های ریه انسدادی مزمن (COPD)، فیبروز ریه و آسیب ریه ناشی از اکسیداسیون نیز در لیست اهداف بالقوه قرار دارند. استنشاق هیدروژن اگرچه اثبات شده، اما محدودیت‌های پیوستگی و انطباق دارد؛ ایمپلنت‌های ریه‌ای یا پرال می‌توانند راهکاری پایدار‌تر فراهم آورند.
چالش‌های مقیاس‌سازی و تولید صنعتی
انتقال از مقیاس آزمایشگاه‌ی به تولید صنعتی، چالش‌های فنی و تنظيمی خاص خود را دارد. ز نانوذرات دی‌سیلیسید کلسیم با توزیع اندازه یکنواخت، خلوص بالا و تولید‌پذیری تکرارپذیر، نیازمند کنترل دقیق پارامتر‌های واکنش و اتمسفر خالی است.
فرآیند پاشش نانوذرات بر بستر شیشه متخلخل باید یکپارچگی ساختاری و چسبندگی مناسب را تضمین کند. هر‌گونه ناهمگونی در پوشش می‌تواند منجر به رها‌سازی ناهمگن هیدروژن و ایجاد نقاط داغ موضعی شود. اتوماسیون این مرحله برای تولید انبوه حیاتی است.
پلیمر‌های زیست‌تخریب‌پذیر بایستی از منابع معتبر پزشکی (GMP) تهیه شده و ویژگی‌های ریولوژیکی و تخریب آن‌ها در شرایط فیزیولوژیک به دقت مشخص گردد. تست‌های پایداری شتابانده برای تعیین عمر انبوه و شرایط نگهداری الزامی هستند.
استریل‌سازی نهایی ایمپلنت چالش دیگری است؛ روش‌های سنتی مانند اتوکلاو، اشعه گاما یا اتیلن اکسید می‌توانند بر ساختار نانوذرات و پلیمر تأثیر منفی بگذارند. توسعه روش‌های استریل‌سازی سازگار مانند فیل‌تراسیون معقم در محیط کلاس ISO 5 یا استفاده از اکسید اتیلن با دوز کنترل‌شده، در دستور کار است.
مسیر تنظيمی و مراحل پیشین‌بالینی
برای ورود به آزمون‌های بالینی انسانی، این ایمپلنت باید مراحل کامل پیشین‌بالینی را طبق استاندارد‌های بین‌المللی (ISO 10993 برای بیوسازگاری، ISO 14971 برای مدیریت ریسک) بگذرد. تست‌های سمیت‌شناسی حاد، زیرحاد و مزمن در دو گونه حیوانی (گذار و غیر‌گذار) الزامی است.
مطالعات ژنوتوکسیسیته، کارسینوژنسیته و سمیت باروری نیز برای مواد جدید نانومقیاسی مورد نیاز سازمان‌های تنظيمی مانند، EMA و NMPA چین محسوب می‌شوند. بایودیبیوشن و بایواستقرار نانوذرات و محصولات تجزیه آن‌ها در اعضای حیاتی باید به دقت ترسیم گردد.
محققان تیم جیائو تونگ اعلام کرده‌اند که در حال تهیه پرونده (IND) برای ارائه به اداره غذا و داروی چین (NMPA) هستند. همکاری با بیمارستان‌های دانشگاه‌ی برای طراحی پروتکل فاز ۱ بالینی، در دستور کار قرار دارد.
طراحی آزمون بالینی فاز ۱/۲ الفازی
پروتکل پیشن‌هادی شامل ارزیابی ایمنی و تحمل‌پذیری ایمپلنت در سالمندان با استئوپوروز متوسط تا شدید است. نقاط پایانی اصلی رویداد‌های جانبی جدی مرتبط با دستگاه، تغییرات نشانگر‌های بیوشیمیایی تجدید استخوان و تصویربرداری تراکم معدنی استخوان (DXA) در ۶ و ۱۲ ماهه.
نقاط پایانی ثانویه شامل ارزیابی کیفیت زندگی، نشانگر‌های الت‌هاب سیستمیک (، CRP) و استرس اکسیداتیو (MDA، GSH) در سرم است. طراحی مطالعه باز، تک‌بازو و افزایش تدریجی دوز (از طریق تغییر ابعاد ایمپلنت) خواهد بود.
شامل‌شدن معیار‌ها سن ۶۵ تا ۸۰ سال، امتیاز کمتر از -۲.۵ در ستون فقرات یا فخذ، عدم مصرف بیسفاسفنات یا دارو‌های ضد‌استئوپوروز در ۶ ماه اخیر. معیار‌های عدم‌شمول بیماری‌های کبدی/کلیوی حاد، سرطان فعال، عفونت سیستمیک، اختلال یخسازگی.
اقتصاديات سلامت و تحلیل هزینه- اثربخشی
استئوپوروز و کسر‌های ناشی از آن بار اقتصادی سنگینی بر سیستم‌های بهداشت جهانی تحمیل می‌کنند. هزینه‌های مستقیم پزشکی کسر فخذ در سال اول فرا‌تر از ۴۰ هزار دلار در کشور‌های توسعه‌یافته و حدود ۵ تا ۸ هزار دلار در کشور‌های در حال توسعه برآورد می‌شود.
ایمپلنت هیدروژنی در صورت اثبات اثربخشی، می‌تواند با کاهش نرخ کسر، نیاز به جراحی‌های ترمیمی، بستری‌های طولانی و مراقبت‌های طولانی‌مدت، صرفه‌جویی قابل توجه‌ی ایجاد نماید. تحلیل‌های اولیه مدل‌سازی مارکوف نشان‌دهنده نسبت هزینه- اثربخشی (ICER) کمتر از آستانه GDP فردی در اکثر سناریو‌های قیمتی است.
تولید انبوه با اتوماسیون کامل، می‌تواند قیمت واحد را به زیر ۵۰۰ دلار برسد. با توجه به طول عمر درمانی ۴ تا ۱۲ هفته در نسخه‌های آینده، هزینه ماهانه درمانی رقابتی با دارو‌های موجود (دنوسوماب، ترایپاراتاید، روموسوزوماب) خواهد بود.
منظور آینده و توسعه‌های موازی
تیم پژوهشگران در حال کار بر روی نسل دوم ایمپلنت با قابلیت‌های پیشرفته‌تر هستند ۱) ایمپلنت‌های هوشمند با سنسور‌های و اکسیژن برای رها‌سازی هیدروژن بر اساس نیاز بافتی. ۲) ترکیب با فاکتور‌های رشد است‌خوانی (، VEGF) برای اثر هم‌افزاینده. ۳) نسخه‌های تزریق‌پذیر برای کاربرد‌های کم‌تهاجمی‌تر.
همزمان، گروه‌های دیگر در ژاپن، کره جنوبی، آمریکا و اروپا نیز روی پلتفرم‌های مشابه کار می‌کنند. رقابت علمی در این حوزه، شتابده‌ی نوآوری و کاهش زمان را تضمین می‌کند. کنسرسیوم‌های بین‌المللی برای استاندارد‌سازی پروتکل‌های ارزیابی درمانی هیدروژن در حال شکل‌گیری هستند.
در درازمدت، چشم‌انداز پزشکی شخصی‌سازی شده بر پایه پروفایل اکسیداتیو-الت‌هابی هر بیمار، با دوز و زمان‌بندی بهینه‌سازی شده هیدروژن، قابل تصور است. این ایمپلنت می‌تواند حجر الزاویه یک پارادایم جدید در مدیریت پیری سالم باشد.
