Insulin pumps improve the lives of many of the 415 million people with diabetes around the world by monitoring blood sugar, delivering insulin, and preventing the need for constant finger-pricking and blood testing. These small machines include a pump and a needle, which can sense glucose levels, feed back to the pump, and then calculate how much insulin to deliver through the needle. But they have a catch: they’re temporary. Within a few days, glucose sensors have to be moved and replaced. And it’s not just glucose monitors and insulin pumps that have this problem, but all bodily implants, at different time scales. Plastic prosthetic knees have to be replaced after about 20 years. Other implants, such as those used for cosmetic reasons, can meet the same fate in about 10. That isn’t just a nuisance: it can be expensive and risky.
Pompa insulin memperbaiki kehidupan dari 415 juta orang yang menderita diabetes di seluruh dunia dengan menjaga gula darah, mengantar insulin, dan mencegah kebutuhan untuk terus mengecek darah. Mesin kecil ini terdiri dari pompa dan sebuah jarum, yang bisa merasakan kadar glukosa, kembali ke pompa, lalu menghitung seberapa banyak insulin yang harus disuntikkan melalui jarum. Tapi ada masalah: alat ini hanya temporer. Dalam beberapa hari, sensor glukosa harus dipindah serta diganti. Dan tidak hanya monitor glukosa dan pompa insulin yang mempunyai masalah ini, tetapi semua implan tubuh, pada skala waktu berbeda. Lutut palsu plastik harus diganti setelah 20 tahun. Implan lain, seperti yang digunakan untuk alasan kosmetis menemui nasib yang sama dalam 10 tahun. Itu bukan hanya menyebalkan: penggantiannya bisa mahal dan berbahaya.
This inconvenience happens because of our bodies’ immune systems. Honed by several hundred million years of evolution, these defensive fronts have become exceptionally good at identifying foreign objects. Our immune systems boast an impressive arsenal of tools to tackle, intercept, and destroy anything they believe shouldn’t be there. But the consequence of this constant surveillance is that our bodies treat helpful implants, like insulin pumps, with the same suspicion as they would a harmful virus or bacteria.
Ketidaknyamanan ini terjadi karena sistem imun tubuh kita. Terasah oleh beberapa ratus juta tahun evolusi, sistem perlindungan ini sangat ahli dalam mengidentifikasi objek asing. Sistem imun kita mempunyai banyak alat untuk menyegat, menyergap, dan menghancurkan semua hal yang menurut mereka seharusnya tidak ada. Namun konsekuensi dari pengawasan yang terus menerus ini adalah bahwa tubuh kita menganggap implan baik, seperti pompa insulin dengan kecurigaan yang sama terhadap virus atau bakteri berbahaya.
As soon as the insulin pump has been implanted in the skin, its presence triggers what’s known as a “foreign body response.” This starts with free-floating proteins that stick themselves to the surface of the implant. Those proteins include antibodies, which attempt to neutralize the new object and send out a signal that calls other immune cells to the site to strengthen the attack.
Saat pompa insulin disuntikkan ke dalam tubuh, keberadaanya memicu apa yang dikenal sebagai "balasan benda asing." Prosesnya mulai dengan protein mengambang yang melekatkan dirinya pada permukaan implan. Protein tersebut terdiri dari antibodi, yang mencoba untuk menetralisasikan objek baru itu, dan mengirim sinyal yang memanggil sel imun lainnya ke tempat itu untuk menguatkan serangannya.
Early-responding inflammatory cells, like neutrophils and macrophages, respond to the emergency call. Neutrophils release little granules filled with enzymes that try to break down the surface of the insulin pump’s needle. Macrophages secrete enzymes too, together with nitric oxide radicals, which create a chemical reaction that degrades the object over time. If the macrophages are unable to dispatch the foreign body rapidly, they fuse together, forming a mass of cells called a “giant cell.” At the same time, cells called fibroblasts travel to the site and begin to deposit layers of dense connective tissue. Those enclose the needle that the pump uses to deliver insulin and test for glucose levels. Over time this scaffolding builds up, forming a scar around the implant.
Sel peradangan yang balasannya cepat, seperti neutrofil dan makrofaga, membalas panggilan daruratnya. Neutrofil mengeluarkan granula kecil yang berisi enzim yang mencoba menghancurkan permukaan jarum pompa insulin. Macrofaga juga menghasilkan enzim, bersama radikal nitrogen monoksida, yang membuat reaksi kimia yang mengikis objeknya seiring dengan waktu. Saat makrofaganya tidak dapat mengeluarkan benda asing tersebut, makrofaganya menyatu, menjadi sel besar yang bernama "sel raksasa." Pada waktu yang sama, sel bernama fibroblas berangkat ke tempat kejadian dan mulai menyetorkan lapisan-lapisan jaringan. Jaringan menutupi jarum yang digunakan pompa untuk mengirim insulin dan menguji kadar glukosa. Lama kelamaan, lapisan ini mulai menumpuk, membentuk bekas luka di sekeliling implannya.
The scar functions as an almost impenetrable wall that might start to block vital interactions between the body and the implant. For example, scarring around pacemakers can interrupt the electrical transmission that’s crucial for their functioning. Synthetic knee joints may give off particles as they’re worn down, causing immune cells to inflame around these fragments. Tragically, the immune system’s attack can even be life-threatening.
Bekas lukanya berfungsi sebagai dinding yang tak tertembus yang mulai memutuskan interaksi penting antara tubuh dan implan. Contohnya, bekas luka sekeliling pemacu jantung dapat mengganggu transmisi listrik yang dibutuhkan supaya bisa bekerja. Partikel yang dilepaskan oleh sendi lutut buatan dapat menyebabkan sel imun untuk menyerang partikel tersebut. Sayangnya, serangan sistem imun bahkan bisa mengancam nyawa.
However, researchers are finding ways to trick the immune system into accepting the new devices we introduce into our bodily tissues. We’ve discovered that coating implants with certain chemicals and drugs can dampen the immune response. Those basically make the implants invisible to the immune system. We’re also making more implants out of natural materials and in forms that directly mimic tissues, so that the body launches a weaker attack than it would if it came across a completely artificial implant. Some medical treatments involve implants designed to regenerate lost or damaged tissues. In those cases, we can design the implants to contain ingredients that will release specific signals, and carefully tailor our bodies’ immune reactions.
Namun, para ilmuwan sedang menemukan cara supaya sistem imun bisa menerima alat yang kita masukkan ke jaringan tubuh. Kita telah menemukan bahwa melumuri implan dengan obat dan bahan kimia dapat melemahkan balasan imun, Itu membuat implannya tidak terlihat oleh sistem imun. Kita juga membuat implan dari bahan alami dalam bentuk yang mirip jaringan supaya serangan dari tubuh lebih lemah daripada jika menggunakan implan yang sepenuhnya buatan. Beberapa perawatan medis melibatkan implan yang bertujuan untuk memperbaiki jaringan yang hilang atau rusak. Dalam kasus seperti itu, kita bisa mendesain implannya dengan bahan yang akan mengeluarkan sinyal tertentu dan mengatur reaksi imun tubuh kita.
In the future, this way of working alongside the immune system could help us develop completely artificial organs, totally integrative prostheses, and self-healing wound therapies. These treatments might one day revolutionize medicine– and transform, forever, the bodies we live in.
Di masa depan, cara bekerja sama dengan sistem imun seperti ini dapat membantu kita mengembangkan organ yang 100% palsu, prostesis yang bisa berintergrasi, serta terapi luka penyembuhan sendiri. Perawatan ini mungkin dapat merevolusikan pengobatan suatu hari- dan mengubah, untuk selamanya, tubuh kita.