Nowe techniki i technologie dla medycyny Trzustka budowa i funkcje. Techniczne rozwiązania sztucznej trzustki. Dr inż. Marta Kamińska 1
Budowa trzustki Położenie trzustki i dwunastnicy 2
Budowa trzustki Rzeczywisty wygląd trzustki 3
Budowa trzustki Trzustka jest gruczołem zewnątrzwydzielniczym, w którym znajduje się rozproszony gruczoł wewnątrzwydzielniczy. 4
Część zewnątrzwydzielnicza trzustki Budowa mikroskopowa trzustki: 1) wyspa, (część wewnątrzwydzielnicza), 2) naczynia włoskowate, krwionośne, 3) pęcherzyki, (część zewnątrzwydzielnicza), 4) przewodziki trzustkowe 5
Czynność zewnątrzwydzielniczej części trzustki sok trzustkowy Sok trzustkowy zawiera: - trypsynogen i chymotrypsynogen nieaktywne enzymy proteolityczne - rybonukleazę i deoksyrybonukleazę enzymy trawiące kwasy rybonukleinowy i dezoksyrybonukleinowy, - alpha-amylazę enzym rozkładający wielocukry do dwucukrów; - lipazę enzym hydrolizujący tłuszcze roślinne i zwierzęce do kwasów tłuszczowych i glicerolu. 6
Czynność zewnątrzwydzielniczej części trzustki sok trzustkowy Aktywacja w dwunastnicy trypsynogenu zawartego w soku trzustkowym pod wpływem enterokinazy dwunastniczej 7
Część wewnątrzwydzielnicza trzustki Trzustka budowa i funkcje. Budowa mikroskopowa trzustki: 1) wyspa, (część wewnątrzwydzielnicza), 2) naczynia włoskowate, krwionośne, 3) pęcherzyki, (część zewnątrzwydzielnicza), 4) przewodziki trzustkowe Wyspa trzustkowa: 1) komórki endokrynne, 2) naczynia włoskowate, 3) część zewnątrzwydzielnicza 8
Czynność wewnątrzwydzielniczej części trzustki Komórki wchodzące w skład wysp trzustkowych : komórki B (beta) - produkują insulinę, proinsulinę, amylinę, komórki A (alfa) - produkują glukagon, GLP1, GLP2, komórki D (delta) - produkują somatostatynę, komórki F (PP) - produkują trzustkowy polipeptyd (PP) 9
Insulina obniża we krwi stężenie glukozy, powodując jej magazynowanie w wątrobie, mięśniach i innych komórkach w postaci glikogenu. Glukagon powoduje rozkład glikogenu w wątrobie, zwiększając tym samym stężenie glukozy we krwi. 10
Czynność wewnątrzwydzielniczej części trzustki Regulacja zawartości glukozy we krwi 11
Najczęstsze schorzenia trzustki: - ostre i przewlekłe zapalenie trzustki - rak trzustki (część zewnątrzwydzielnicza) i hormonalnie - czynne nowotwory części wewnątrzwydzielniczej (wyspiaki) - torbiel trzustki - kamica przewodów trzustkowych 12
Cukrzyca (diabetes mellitus) jest przewlekłą chorobą, której przyczyną jest zaburzenie wydzielania insuliny. Niedobór insuliny prowadzi do zaburzeń w zakresie wykorzystania glukozy przez komórki organizmu, co powoduje zwiększenie stężenia glukozy we krwi (hiperglikemię) oraz wydalanie glukozy wraz z moczem. Cukrzyca charakteryzuje się także zaburzeniami metabolizmu węglowodanów, tłuszczów i białek. 13
Historia leczenia chorób trzustki insulina została odkryta w 1922 roku przez Fredericka Bantinga i jego asystenta Charlesa Besta. zastąpienie insulin pochodzenia zwierzęcego insulinami ludzkimi stosowanie szybciej działających analogów insuliny wprowadzenie fabrycznie przygotowanych mieszanek insuliny o różnym czasie działania 14
Historia leczenia chorób trzustki Na przestrzeni ostatnich lat zmieniły się bardzo sposoby podawania iniekcji insuliny. Przyrząd do pomiaru poziomu cukru we krwi i wtryskiwacz 15
Historia leczenia chorób trzustki Pomiar stężenia glukozy we krwi Uproszczony widok dwu rodzajów glukozomierzy z paskami testowymi. Lewa strona: przyrząd do odczytu pasków elektrochemicznych Prawa strona: przyrząd i pasek kolorymetryczny. 16
Historia leczenia chorób trzustki Pompy insulinowe 17
Podstawowa klasyfikacja rozwiązań sztucznej trzustki: - rozwiązania biologiczne i biochemiczne wykorzystujące naturalną stymulację prędkości uwalniania insuliny wielkościami stężenia glukozy we krwi, - rozwiązania mechaniczne oparte na egzogennym podawaniu insuliny, działające z otwartą pętlą układu sterowania dozownika insuliny, oraz układy z zamkniętą pętlą sprzężenia zwrotnego. 18
Rozwiązania biologiczne i biochemiczne wykorzystujące naturalną stymulację prędkości uwalniania insuliny wielkościami stężenia glukozy we krwi Schematyczne działanie sztucznej trzustki w rozwiązaniu biologicznym lub biochemicznym 19
Rozwiązania biologiczne i biochemiczne wykorzystujące naturalną stymulację prędkości uwalniania insuliny wielkościami stężenia glukozy we krwi Przy wzroście stężenia glukozy jej cząsteczki dyfundują przez membranę do zbiornika zawierającego roztwór z kompleksami, wypierając z nich insulinę, która dyfunduje do otrzewnej, regulując przebieg glikemii. Przykład rozwiązania biochemicznego dozownika insuliny 20
Rozwiązania biologiczne i biochemiczne wykorzystujące naturalną stymulację prędkości uwalniania insuliny wielkościami stężenia glukozy we krwi Schemat stymulowanego elektrycznie systemu dozowania insuilny Przykład bardziej bezpieczny, w którym stosowana jest kontrola zewnętrzna uwalniania insuliny poprzez załączanie i wyłączanie pola elektrycznego. W tym przypadku insulina jest uwalniana z mikrokapsułek w wyniku przyłożenia zewnętrznego pola elektrycznego o gęstości około 0,4 ma/cm 2. 21
Rozwiązania mechaniczne oparte na egzogennym podawaniu insuliny W zależności od pomiarów glukozy ustalane są dawki, podawane za pomocą dozownika in-suliny. Można je realizować w dwojaki sposób - przez stosowanie metody wielokrotnych wstrzyknięć lub ciągłych wlewów. Metoda realizująca podawanie insuliny na podstawie dyskretnych pomiarów glukozy 22
Rozwiązania mechaniczne oparte na egzogennym podawaniu insuliny Wstrzykiwacze 23
Rozwiązania mechaniczne oparte na egzogennym podawaniu insuliny Opis metody podawania insuliny na podstawie ciągłego monitorowania przebiegu glikemii. 24
8. Komórki wysepek izoluje się przez odwirowanie zebranego materiału w wirówce. Z pojedynczej trzustki ludzkiej można uzyskać około 400 tys. Wysepek, czyli mniej więcej połowę liczby koniecznej do utrzymywania normalnego poziomu glukozy Proces izolacji wysp trzustkowych 25
Trzustka budowa i funkcje. Enkapsulacja wysp trzustkowych 26
Zasada działania sztucznego narządu hybrydowego 27
Zasada działania sztucznego narządu hybrydowego Rozwój komórek w komorach polimerowego rdzenia Makrokapsułka opracowana w łódzkim ośrodku badawczym. Oryginalne rozwiązanie to wielokomorowy rdzeń wewnętrzny 28
Zasada działania sztucznego narządu hybrydowego Rozwój komórek w komorach polimerowego rdzenia Makrokapsułki otoczone ostateczną polimerową barierą immunoizolacyjną przed wszczepieniem do organizmu zwierząt doświadczalnych 29