Progettate cellule beta sintetiche che secernono insulina

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Immagine di fluorescenza delle cellule beta artificiali. Credito: Gu Lab, stato UNC-NC.

Attualmente il trattamento del diabete di tipo 1 e di alcuni casi del diabete di tipo 2, richiede iniezioni di insulina frequenti o una pompa meccanica per l’infusione di insulina.

Ora, i ricercatori dell’Università del North Carolina e dello Stato di NC hanno sviluppato un’alternativa entusiasmante a questi trattamenti: cellule artificiali che rilasciano automaticamente l’insulina nel flusso sanguigno quando i livelli di glucosio aumentano.

( Vedi anche:Scoperto nuovo tipo di diabete causato da mutazione genetica).

Queste ” cellule beta” artificiali chiamate AβCs imitano le funzioni dei controllori naturali del glucosio del corpo, le cellule beta del pancreas. La perdita o la disfunzione di queste cellule provoca il diabete di tipo 1 e molti casi di diabete di tipo 2. L’idea è che le AβCs possano essere somministrate per via sottocutanea o attraverso un patch cutaneo indolore usa e getta.

Come riportano i ricercatori in Nature Chemical Biology, una singola iniezione di AβCs nei topi diabetici privi di cellule beta ha rapidamente normalizza i livelli di glucosio nel sangue degli animali e ha mantenuto tali livelli normali per un massimo di cinque giorni.

“Il nostro piano ora è quello di ottimizzare ulteriormente e testare queste cellule sintetiche in animali più grandi, sviluppare un sistema di consegna e, in ultima analisi, testare le cellule nelle persone con diabete”, ha dichiarato il ricercatore principale Zhen Gu, Professore della Joint UNC / Dipartimento di Stato NC di Ingegneria Biomedica.

Almeno sei milioni di persone negli Stati Uniti usano l’insulina come trattamento diabetico, sia con l’iniezione che con una pompa meccanica. Finora, l’insulina fornita in forma di pillola è stata impegnativa e non ha avuto successo perché è una grande molecola che viene distrutta da enzimi digestivi e acidi prima di poter raggiungere il flusso sanguigno.

Il principale problema con i trattamenti di insulina attuali, tuttavia, non è che non possono essere consegnati in una pillola, ma che non possono controllare automaticamente ed efficacemente i livelli di glucosio nel sangue, come fanno le cellule pancreatiche. I trapianti di cellule pancreatiche possono risolvere il problema in alcuni casi. Tuttavia, tali trapianti di cellule sono costosi, richiedono cellule da donatori spesso difficili da trovare, richiedono farmaci immunosoppressori e spesso falliscono a causa della distruzione delle cellule trapiantate.

Le beta cellule artificiali intelligenti potrebbero portare al nuovo trattamento del diabete
Immagine cellule beta artificiali. Credito: Gu Lab, stato UNC-NC

Gu e colleghi hanno cercato soluzioni al problema della consegna dell’insulina per gran parte degli ultimi dieci anni. Per questo progetto, hanno adottato un approccio particolarmente ambizioso: produrre cellule artificiali che in gran parte fanno ciò che le cellule beta pancreatiche fanno naturalmente.

Le cellule AβCs di Gu sono state costruite con una versione semplificata di una membrana lipidica a due strati cellulari. L’innovazione fondamentale è che queste cellule contengono, appositamente progettate, vescicole inzuppate di insulina. Un aumento dei livelli di glucosio nel sangue porta a cambiamenti chimici nel rivestimento della vescicola che avvia la fusione con la membrana esterna delle AβCs, liberando così i carichi di insulina.

“Questa è la prima dimostrazione che un tale processo di fusione di vescicole per la fornitura di insulina che impiega le vescicole contenenti insulina come quelle che si trovano nelle cellule beta, può riprodurre le funzioni delle cellule beta nel rilevare glucosio e rispondere con la secrezione di insulina”, ha spiegato Zhaowei Chen , PhD, autore principale dello studio e ricercatore postdottorato nel laboratorio di Gu.

Le AβCs hanno mostrato una rapida risposta ai livelli di glucosio in eccesso nei test di laboratorio e nei topi diabetici senza cellule beta. “I topi sono andati da iperglicemia a normoglicemia entro un’ora e sono rimasti normoglicemici per un massimo di cinque giorni dopo il trattamento”, ha detto Gu.

Gu ed i colleghi hanno pianificato ulteriori test preclinici e si aspettano di sviluppare un metodo per la consegna libera delle cellule attraverso un patch cutaneo che potrebbe essere semplicemente sostituito.

Il Dr. John Buse, MD, PhD, il Professore  Verne S. Caviness della UNC, capo della divisione dell’endocrinologia e Direttore del Centro di cura del diabete UNC, ha dichiarato: “C’è ancora molto lavoro per ottimizzare queste  cellule artificiali prima che gli studi umani siano avviati, ma questi risultati finora raggiunti,  sono un primo passo straordinario e creativo per un nuovo modo per risolvere il problema del diabete utilizzando l’ingegneria chimica in contrapposizione a pompe meccaniche o trapianti in vivo”, ha aggiunto Gu che con la sua squadra sta lavorando anche separatamente ad un patch cutaneo senza cellule AβCs, un “patch intelligente” che rileva i livelli di glucosio nel sangue e secerne l’ insulina nel flusso sanguigno secondo necessità.

Fonte: Medicalxpress


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