قد يبدو وجود خلية وقود تحت الجلد تحول سكر الدم من الجسم إلى طاقة كهربية خيالاً علميًا، ولكن يتضح أنها واقعية وعملها متقنًا.

لا ينتج الجسم الإنسولين في مرض السكري من النوع الأول، وهذا يعني أن المرضى بحاجة للحصول على هذا الهرمون من مصدر خارجي لتنظيم مستويات سكر الدم. يحدث ذلك في الوقت الحالي غالبًا من خلال مضخات الإنسولين التي تتصل بالجسم مباشرةً، وتحتاج هذه الأجهزة، وكذلك التطبيقات الطبية الأخرى مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب، مصدرًا تعتمد عليه للحصول على الطاقة، والمصدر الرئيسي لذلك في الوقت الحالي هو البطاريات ذات الاستخدام الواحد أو البطاريات التي يعاد شحنها.

وضع فريق من الباحثين بقيادة مارتن فوسينجر من قسم علوم وهندسة النظم البيولوجية بالمعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في زيورخ (ETH Zurich) بمدينة بازل فكرة تبدو مستقبلية موضع التنفيذ في الوقت الحالي. فقد طوروا خلية وقود قابلة للزرع تستخدم سكر الدم (الجلوكوز) الزائد عن حاجة الأنسجة لتوليد طاقة كهربية. أرفق الباحثون خلية الوقود مع خلايا بيتا اصطناعية قد طوروها منذ عدة سنوات. تنتج هذه الخلايا الإنسولين بسرعة كبيرة، وتخفض مستويات سكر الدم بنفس كفاءة الخلايا الطبيعية في البنكرياس.

وضَّح فوسينجر قائلاً: “كثيرًا من الأشخاص، خاصةً في الدول الصناعية الغربية، يستهلكون الكربوهيدرات بقدر زائد عن حاجتهم اليومية”، وأضاف أن هذا يؤدي إلى السمنة، ومرض السكري، وأمراض القلب والأوعية الدموية. وصرح قائلاً: “أوحى هذا لنا بفكرة استخدام طاقة الأيض الزائدة هذه لإنتاج كهرباء لإمداد الأجهزة الطبية البيولوجية”.

خلية وقود على شكل كيس شاي

يوجد قطب موجب (مَسْرَى كهربي) في قلب خلية الوقود مصنوع من جزيئات النانو النحاسية، التي صنعها فريق فوسينجر خصيصًا لهذه الأداة. يتكون من جزيئات النانو النحاسية ويقسم الجلوكوز إلى حمض الجلوكونيكك وبروتون لتوليد الكهرباء، وهذا يؤدي إلى وجود دائرة كهربية فعَّالة.

تشبه خلية الوقود وهي مغلفة في قماش غير منسوج ومغطاه بالآلْجِينَات، ومنتج طحلبي مُعتمد للاستخدام الطبي، كيس شاي صغير يمكن زراعته تحت الجلد. تمتص الآلجينات سوائل الجسم وتسمح للجلوكوز بالمرور من النسيج إلى خلية الوقود بداخلها.

شبكة مرض السكري مزودة بمصدر الطاقة الخاص بها

وفي خطوة ثانية، أرفق الباحثون مع خلية الوقود كبسولة تحتوي على خلايا بيتا اصطناعية، والتي يمكن تحفيزها لإنتاج الإنسولين وإفرازه باستخدام تيار كهربي أو إضاءة ليد زرقاء وقد اختبر فوسينجر وزملاؤه بالفعل هذه الخلايا المُصَمَّمة في وقتٍ سابق.

يجمع النظام بين توليد الطاقة المستمر وضبط تحرير الإنسولين، فبمجرد تسجيل دخول الجلوكوز الزائد إلى خلية الوقود، تبدأ في توليد الطاقة، ثم تُستخدم هذه الطاقة الكهربية لتحفيز الخلية على إنتاج الإنسولين وإفرازه في الدم؛ وكنتيجة لذلك ينخفض سكر الدم إلى مستواه الطبيعي. وبمجرد انخفاضها تحت قيمة عتبيَّة محددة؛ يتوقف إنتاج الكهرباء والإنسولين.

تكفي الطاقة الكهربية الناتجة من خلية الوقود ليس فقط لتحفيز الخلية المُصمَّمة على إنتاج الإنسولين، ولكن أيضًا لتمكين النظام المزروع من الاتصال بأجهزة خارجية مثل الهاتف الذكي. مما يسمح للمستخدمين المُحتملين بضبط النظام عن طريق تطبيق متوافق معه، ويستطيع الطبيب أيضًا الاتصال به عن بُعد وإجراء التعديلات. ويقول فوسينجر: “يضبط النظام الجديد مستويات الإنسولين وسكر الدم ذاتيًا ويمكن استخدامه لعلاج مرض السكري في المستقبل”.

طريق طويل وغير مؤكد نحو الازدهار في السوق

النظام الحالي مجرد نموذج أولي، فرُغم نجاح الباحثين في اختباره في الفئران، إلا أنهم غير قادرين على تطويره إلى منتج يمكن تسويقه. أوضح فوسينجر: “إن طرح مثل هذا الجهاز في السوق يتخطى مواردنا المالية والبشرية بكثير”. يستدعي هذا وجود شريك صناعي يتمتع بالموارد والخبرة المناسبة.

المصدر: https://www.sciencedaily.com  

ترجمة: إيمان يوسف محمد

مراجعة وتدقيق: زينب محمد