呼吸新鲜空气可以让产生药物的细胞存活更长时间

2021 年，西北大学领导的研究团队获得了国防高级研究计划局 (DARPA) 价值高达 3300 万美元的合同，开发一种可植入的“活药房”来控制人体的睡眠/觉醒 周期。现在，研究人员已经朝着实现这一目标迈出了重要的一步。

在新的工作中，研究人员开发了一种新型装置，可以在现场产生氧气，以保持独立植入物内的细胞存活。氧气是在植入式药房内保持细胞更长时间存活和繁荣的主要成分。因为细胞保持活力和健康的时间越长，它们为身体自主产生治疗药物的时间就越长。

通过使用电来分解细胞已经沐浴的水，研究人员能够产生氧气，同时避免产生有害的副产物，例如氯或过氧化氢。通过控制用电量，研究人员可以改变它产生的氧气量。

在新的实验中，这种新型装置(称为“电催化现场充氧器”或“ecO 2 ”)使细胞(70-80%)在体外低氧条件下存活近一个月，或在体内存活数周。如果没有 ecO 2，​​10 天后只有约 20% 的细胞存活，但研究人员推测，细胞在此之前很久就会失去分泌药物的能力。随着电力和通信的进步，研究人员相信，数月或更长时间的长期运行是可以实现的。

该研究将于周四(11 月 9 日)发表在《自然通讯》杂志上。

“我们的设备可用于改善基于细胞的疗法的效果，这种疗法使用生物细胞来治疗体内的疾病或损伤，”该研究的共同领导者、西北大学的乔纳森·里夫奈(Jonathan Rivnay) 说。“基于细胞的疗法可用于替代受损组织、药物输送或增强人体自身的愈合机制，从而为伤口愈合以及肥胖、糖尿病和癌症的治疗带来机会。现场产生氧气对于许多“生物混合”细胞疗法至关重要。我们需要许多细胞才能从这些细胞中产生足够的治疗药物，因此代谢需求很高。我们的方法将集成 eCO 2 设备，从水本身产生氧气。”

Rivnay 是西北大学 麦考密克工程学院生物医学工程和材料科学 与工程教授，也是 DARPA 资助的 NTRAIN(昼夜节律时钟内部网络节律计时)项目的首席研究员。他与卡内基梅隆大学(CMU)生物医学工程和材料科学与工程教授 Tzahi Cohen-Karni 共同领导了这项新研究。该研究的共同第一作者是西北大学的 Abhijith Surendran 和卡耐基梅隆大学的 Inkyu Lee。

更持久的植入物

最终，植入式“活药房”战略的目标是开发永不耗尽药物的设备。这样，人们就永远不必担心忘记服药或注射治疗药物。但是，为了使其成功发挥作用，植入物需要持续很长时间而不需要重新填充。

西北大学将合成生物学与生物电子学相结合，与莱斯大学生物医学工程教授 Omid Veiseh 合作，在设备内现场生产治疗药物。保持这些工程细胞的活性是开发这些潜在救生设备的关键一步。尽管之前的研究已经探索了向细胞输送氧气的策略，但这些方法使用了笨重的设备，这在人体内使用是不切实际的。

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