W piśmie „Nature Communications” pojawiły się wyniki badań naukowców z Cornell University, którzy pracują nad stworzeniem implantów dostarczających dodatkowego tlenu do komórek wydzielających insulinę, bez konieczności stosowania immunosupresji. System ten może również potencjalnie zapewnić długoterminowe leczenie innych chorób przewlekłych.
Tlen chroni komórki wytwarzające insulinę
Technologia opiera się na wcześniejszych wszczepialnych kapsułkach zawierających komórki wytwarzające insulinę, opracowanych w laboratorium Minglina Ma, profesora inżynierii biologicznej i środowiskowej na Wydziale Rolnictwa i Nauk Przyrodniczych (CALS) i głównego autora artykułu.
Ma badał różne sposoby leczenia cukrzycy typu 1, w której układ odpornościowy organizmu staje się agresywny i niszczy produkujące insulinę skupiska komórek trzustkowych, zwane wysepkami. Bez insuliny organizm nie ma możliwości dostarczania glukozy do komórek mięśni i tkanek w celu wytworzenia energii. Osoby z cukrzycą typu 1 muszą codziennie przyjmować zastrzyki insuliny lub korzystać z pompy insulinowej. Jednak choćby przy takim leczeniu pacjenci przez cały czas odczuwają wyniszczające skutki choroby.
Wcześniejsze wszczepialne kapsułki Ma, zawierające żywe komórki wysepek trzustki, pozwoliły skutecznie kontrolować poziomu cukru we krwi u myszy z cukrzycą, ale ich trwałość była ograniczona. Sam implant często obumierał z powodu braku tlenu, choćby w ciągu dwóch tygodni po wszczepieniu.
Natlenianie wspiera kapsułki o wysokiej gęstości komórek
Dlatego zespół Ma we współpracy z elektrochemikami z Giner Inc. opracował nowy system. Kluczowymi elementami są cylindryczna kapsuła o pierścieniowym przekroju, która zawiera przeszczepione komórki wydzielające insulinę, oraz elektrochemiczny generator tlenu wielkości mniej więcej dziesięciocentówki, który można zdemontować.
Drobnowłóknista membrana na zewnątrz kapsułki chroni komórki przed układem odpornościowym organizmu gospodarza; przepuszczalna membrana w rdzeniu kapsułki umożliwia dotarcie tlenu do komórek.
– Musimy spełnić dwa wymagania – powiedziała współautorka badań, Phuong L. Tran z Cornell University. - Pierwszym jest ochrona immunologiczna. Po drugie, trzeba utrzymać transport, na przykład glukozy i innych składników odżywczych oraz cząsteczek, które mogą wchodzić i wychodzić.
Współpracując z dr. Jamesem Flandersem, emerytowanym profesorem nadzwyczajnym w College of Veterinary Medicine, naukowcy z powodzeniem przetestowali system na szczurach.
– To dowód na słuszność koncepcji. Naprawdę udowodniliśmy, że natlenienie jest ważne i będzie wspierać kapsułki o wysokiej gęstości komórek – wskazała dr Linda Tempelman, kierująca startupem Persista Bio Inc., którego współzałożycielami są wspomniani Ma i Flanders. - Kapsułki chronią przed układem odpornościowym i działają przez długi czas. Organizm nie lubi, gdy wprowadza się do niego obcą substancję. Dlatego właśnie inżynieria w laboratorium Ma polega na poszukiwaniu materiałów i powłok, które nie wywołują nadmiernej reakcji organizmu z powodu zastosowanego materiału.
Nowy system do wszczepiania różnych typów komórek
Nowy system umożliwiłby terapię bez konieczności stosowania immunosupresji, która jest uważana za zbyt niebezpieczną do rutynowego stosowania. Ponadto nowy system może zapewnić znacznie ściślejszą kontrolę poziomu cukru, skutecznie lecząc chorobę i umożliwiając pacjentowi jedzenie, picie i ćwiczenia jak wszyscy inni.
Kolejnym krokiem będzie wszczepienie systemu w model świński, a także przetestowanie go z ludzkimi komórkami macierzystymi. Naukowcy są zainteresowani ewentualnym wykorzystaniem systemu do wszczepiania różnych typów komórek ludziom w celu długoterminowego leczenia chorób przewlekłych. Na przykład w leczeniu bólu może być potrzebna większa ilość endorfin, a w terapii enzymatycznej - więcej enzymów.
Przeczytaj także: „Wysepki trzustkowe z drukarki”.
