Живая аптека: устройство, делающее кислород из воды внутри человека

Исследователи из Северо-Западного университета в США разработали уникальное устройство, способное производить кислород путем расщепления молекул воды. Это устройство успешно поддерживает жизнь 70-80% клеток даже в условиях низкого содержания кислорода.

В 2021 году команда получила контракт от Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов (DARPA) на сумму 33 миллиона долларов для разработки имплантируемой "живой аптеки", контролирующей циклы сна и бодрствования внутри организма. Этот метод предполагает имплантацию живых клеток, производящих необходимые терапевтические вещества, освобождая человека от необходимости принимать лекарства.

Основная цель "живой аптеки" - длительная работа без необходимости пополнения. Однако клетки могут погибать по разным причинам, в том числе из-за недостатка кислорода. Ранее предлагалось использовать громоздкое оборудование для подачи кислорода, что невозможно внутри тела. Поэтому команда под руководством Джонатана Ривнэя разработала более простой подход. Исследователи использовали электричество для расщепления молекул воды, в которых находились клетки. Устройство, названное "электрокаталитическим кислородогенератором" или "ecO2", также позволяет контролировать количество производимого кислорода.

В экспериментах команда обнаружила, что устройство ecO2 генерирует достаточно кислорода, чтобы поддерживать жизнь плотно упакованных клеток даже в условиях низкого содержания кислорода. В лабораторных условиях устройство помогало клеткам оставаться живыми почти месяц, а внутри тела - несколько недель.

Без устройства спустя десять дней живыми оставались только около 20% клеток. Исследователи полагают, что клетки прекратили бы производить необходимые терапевтические вещества гораздо раньше.

"Наше устройство может использоваться для улучшения результатов клеточных терапий, которые используют биологические клетки для лечения заболеваний или травм в организме", - говорит Ривнэй. "Клеточные терапии могут быть использованы для замены поврежденных тканей, доставки лекарств или усиления собственных механизмов заживления организма, открывая возможности для лечения ран, ожирения, диабета и рака. Производство кислорода непосредственно в организме играет ключевую роль для эффективности 'биогибридных' клеточных терапий. Важность этого процесса заключается в том, что для создания необходимого объема терапевтических веществ требуется большое количество клеток, что, в свою очередь, повышает метаболические требования организма.

Теперь исследователи сосредоточат свое внимание на использовании ecO2 в долгосрочной перспективе с использованием материалов, которые могут функционировать внутри тела в течение месяцев, и нацелены на лечение хронических заболеваний.