Cellule insulari impiantabili-immagine credit lifescience
Le ricerche dimostrano che le cellule insulari impiantabili possono sopravvivere nell’organismo per almeno tre mesi, producendo una quantità di insulina sufficiente a controllare i livelli di zucchero nel sangue.
La maggior parte dei pazienti diabetici deve monitorare attentamente i livelli di glicemia e iniettarsi insulina più volte al giorno per evitare che la glicemia diventi troppo alta.
Come possibile alternativa alle iniezioni, i ricercatori del MIT stanno sviluppando un dispositivo impiantabile contenente cellule produttrici di insulina. Il dispositivo incapsula le cellule, proteggendole dal rigetto immunitario, e integra anche un generatore di ossigeno per mantenerle in salute.
I ricercatori sperano che questo dispositivo possa offrire una soluzione per il controllo a lungo termine del diabete di tipo 1. In un nuovo studio, hanno dimostrato che queste cellule insulari pancreatiche incapsulate possono sopravvivere nell’organismo per almeno 90 giorni. Nei topi che hanno ricevuto gli impianti, le cellule sono rimaste funzionali e hanno prodotto una quantità sufficiente di insulina per controllare i livelli di glicemia degli animali.
“La terapia con cellule insulari può rappresentare un trattamento rivoluzionario per i pazienti. Tuttavia, i metodi attuali richiedono anche l’immunosoppressione, che per alcune persone può essere davvero debilitante”, afferma Daniel Anderson, Professore presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica del MIT e membro del Koch Institute for Integrative Cancer Research e dell’Institute for Medical Engineering and Science del MIT. “Il nostro obiettivo è trovare un modo per offrire ai pazienti i benefici della terapia cellulare senza la necessità di immunosoppressione”.
Anderson è l’autore senior dello studio, pubblicato oggi sulla rivista Device. L’ex ricercatore del MIT Siddharth Krishnan, ora Professore assistente di ingegneria elettrica alla Stanford University e l’ex postdoc del MIT Matthew Bochenek sono gli autori principali dell’articolo. Anche Robert Langer, Professore presso il David H. Koch Institute del MIT, è coautore.
Insulina al bisogno
Il trapianto di cellule insulari è già stato utilizzato con successo per trattare il diabete nei pazienti. Queste cellule insulari provengono in genere da cadaveri umani o, più recentemente, possono essere generate da cellule staminali. In entrambi i casi, i pazienti devono assumere farmaci immunosoppressori per impedire al loro sistema immunitario di rigettare le cellule trapiantate.
Un altro modo per prevenire il rigetto immunitario è incapsulare le cellule in un dispositivo protettivo. Tuttavia, ciò solleva nuove problematiche, poiché il rivestimento che circonda le cellule può impedire loro di ricevere sufficiente ossigeno.
In uno studio del 2023, Anderson e i suoi colleghi hanno descritto un dispositivo per l’incapsulamento delle isole pancreatiche dotato anche di un generatore di ossigeno. Questo generatore è costituito da una membrana a scambio protonico in grado di scindere il vapore acqueo (presente in abbondanza nel corpo) in idrogeno e ossigeno. L’idrogeno si diffonde innocuamente nell’ambiente, mentre l’ossigeno viene immagazzinato in una camera che alimenta le cellule delle isole pancreatiche attraverso una sottile membrana permeabile all’ossigeno.
I ricercatori hanno scoperto che le cellule incapsulate all’interno di questo dispositivo potevano produrre insulina fino a un mese dopo essere state impiantate nei topi.
“Un mese è un lasso di tempo adeguato perché permette di dimostrare la fattibilità del concetto. Ma da un punto di vista applicativo, è importante dimostrare di poter andare avanti anche per un periodo ben più lungo”, afferma Krishnan.
Nel nuovo studio, i ricercatori hanno aumentato la durata dei dispositivi rendendoli più impermeabili e resistenti alle crepe. Hanno anche migliorato l’elettronica del dispositivo per fornire più energia al generatore di ossigeno. L’impianto è alimentato in modalità wireless da un’antenna esterna posizionata sulla pelle, che trasferisce energia al dispositivo. Ottimizzando il circuito, i ricercatori sono riusciti ad aumentare la quantità di energia che raggiunge il sistema di generazione di ossigeno.
La maggiore potenza ha permesso al dispositivo di produrre più ossigeno, aiutando le cellule incapsulate a sopravvivere e a funzionare in modo più efficace. Di conseguenza, le cellule sono state in grado di generare molta più insulina nel tempo.
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Fabbriche di proteine
In studi condotti su ratti e topi, i ricercatori hanno dimostrato che il nuovo dispositivo può funzionare per almeno 90 giorni dopo essere stato impiantato sottocute. Durante questo periodo, le cellule delle isole pancreatiche del donatore sono state in grado di produrre insulina a sufficienza per mantenere i livelli di glicemia degli animali entro un intervallo salutare.
I ricercatori hanno osservato risultati simili con le cellule insulari derivate da cellule staminali pluripotenti indotte, che un giorno potrebbero fornire una fornitura illimitata utilizzabile per qualsiasi paziente ne abbia bisogno. Queste isole pancreatiche non hanno completamente invertito il diabete, ma hanno comunque permesso di ottenere un certo controllo dei livelli di glicemia.
“Speriamo che in futuro, se riusciremo a dare alle cellule un po’ più di tempo per maturare completamente, esse secernano ancora più insulina per regolare meglio il diabete negli animali“, afferma Bochenek.
I ricercatori ora intendono studiare se sia possibile far sì che i dispositivi durino ancora più a lungo all’interno del corpo, fino a due anni o anche di più.
“La sopravvivenza a lungo termine delle isole pancreatiche è un obiettivo importante”, afferma Anderson. “Le cellule, se si trovano nell’ambiente giusto, sembrano in grado di sopravvivere a lungo. Siamo entusiasti della durata che abbiamo già raggiunto e lavoreremo per prolungarne la funzionalità il più possibile“.
I ricercatori stanno inoltre esplorando la possibilità di utilizzare questo approccio per veicolare cellule in grado di produrre altre proteine utili, come anticorpi, enzimi o fattori di coagulazione.
“Riteniamo che queste tecnologie potrebbero offrire una soluzione a lungo termine per il trattamento delle malattie umane, consentendo la produzione di farmaci all’interno del corpo anziché all’esterno“, afferma Anderson. “Esistono molte terapie proteiche che richiedono ai pazienti infusioni ripetute e prolungate. Pensiamo che sia possibile creare un dispositivo in grado di produrre continuamente terapie proteiche su richiesta e secondo le necessità del paziente”.
La ricerca è stata finanziata, in parte, da Breakthrough TID, dal Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust, dai National Institutes of Health e da una sovvenzione di supporto (base) del Koch Institute del National Cancer Institute.
Fonte: lifescience