Hydrożelowa osłona chroni wyspy trzustkowe przed układem odpornościowym

Naukowcy z Penn State opracowali ultracienką hydrożelową osłonę, która ma chronić przeszczepiane wyspy trzustkowe przed układem odpornościowym, nie blokując przy tym wydzielania insuliny. W doświadczeniach na myszach z cukrzycą wyspy pokryte biomimetyczną osłonką przejrzystą BZP przywracały prawidłową glikemię w ciągu tygodnia, a u większości leczonych zwierząt efekt utrzymywał się przez ponad 100 dni bez ciągłego stosowania leków immunosupresyjnych. Wyniki mają na razie charakter przedkliniczny.

W artykule:

• Dlaczego immunosupresja jest problemem w terapii komórkowej cukrzycy
• Jak działa biomimetyczna osłonka przejrzysta BZP
• W jaki sposób naukowcy „ukrywają” wyspy trzustkowe przed układem odpornościowym
• Jakie wyniki uzyskano w doświadczeniach na myszach z cukrzycą
• Dlaczego przepuszczalność osłony jest kluczowa dla wydzielania insuliny
• Jakie badania będą potrzebne przed zastosowaniem tej technologii u ludzi

„Płaszcz niewidzialności” dla komórek produkujących insulinę

Wyposażenie komórek w swoiste „płaszcze niewidzialności” może w przyszłości otworzyć drogę do prostszego i mniej obciążającego leczenia osób z cukrzycą poddawanych terapii komórkowej – informują naukowcy z Penn State.

Terapia komórkowa wykorzystuje odpowiednio dobrane komórki, które mogą m.in. uczestniczyć w zwalczaniu zakażeń lub inicjować określone procesy biologiczne w organizmie. W przypadku cukrzycy jednym z kierunków rozwoju tej dziedziny jest wykorzystanie komórek zdolnych do wytwarzania insuliny i dzięki temu regulowania stężenia glukozy we krwi bez konieczności codziennego podawania insuliny w zastrzykach.

Istotnym ograniczeniem wielu obecnie stosowanych metod jest jednak konieczność ciągłego przyjmowania leków osłabiających działanie układu odpornościowego. Immunosupresja zapobiega odrzuceniu przeszczepionych komórek, ale jednocześnie może zwiększać ryzyko zakażeń oraz innych poważnych działań niepożądanych.

Hydrożelowa osłona ma chronić wyspy trzustkowe

Nową metodę opisano 14 sierpnia 2026 roku na łamach czasopisma Nature Biomedical Engineering. Polega ona na wytworzeniu wokół komórek bardzo cienkiego „płaszcza niewidzialności” z materiału o charakterze hydrożelu.

Warstwę tę naukowcy określili jako biomimetyczną osłonkę przejrzystą – biomimetic zona pellucida (BZP). Według autorów BZP skutecznie ukrywała terapeutyczne komórki przed odpowiedzią immunologiczną organizmu. Jednocześnie w doświadczeniach na myszach z cukrzycą umożliwiała obniżenie stężenia glukozy we krwi i utrzymanie efektu przez ponad 100 dni. Był to okres znacznie dłuższy niż obserwowany w przypadku nieosłoniętych komórek bez stosowania ogólnoustrojowej immunosupresji.

Yong Wang, profesor biomedical engineering oraz autor korespondencyjny publikacji, zwrócił uwagę, że terapie komórkowe są już zatwierdzone przez amerykańską Food and Drug Administration w leczeniu niektórych chorób, w tym wybranych nowotworów. Terapia komórkowa cukrzycy jest jednak dziedziną stosunkowo nową – pierwszą tego rodzaju terapię dla pacjentów z cukrzycą typu 1 FDA zatwierdziła w 2023 roku.

Układ odpornościowy atakuje komórki dawcy

Jak wyjaśnił Yong Wang, określone skupiska komórek nazywane wyspami trzustkowymi mogą wydzielać insulinę potrzebną do utrzymania prawidłowej gospodarki glukozowej u osób z cukrzycą. Problem polega na tym, że wyspy pochodzące od dawcy są rozpoznawane jako obce i mogą zostać zaatakowane przez układ odpornościowy biorcy.

– Określone skupiska komórek, znane jako wyspy, mogą uwalniać insulinę podtrzymującą prawidłowe stężenie glukozy w organizmie pacjentów z cukrzycą. Jednak wyspy pochodzące od dawcy są rozpoznawane i atakowane przez układ odpornościowy pacjenta. Obecne możliwości leczenia wymagają ciągłego przyjmowania leków immunosupresyjnych w celu zahamowania tej odpowiedzi, co może prowadzić do poważnych działań niepożądanych, w tym nowotworów – wyjaśnił Wang, który pełni również funkcję Dorothy Foehr Huck and J. Lloyd Huck Chair in Cell Medicine.

Aby rozwiązać ten problem, zespół stworzył BZP naśladującą naturalną osłonę występującą na powierzchni ludzkiej komórki jajowej, czyli osłonkę przejrzystą – zona pellucida.

Pokrycie wysp pochodzących od dawcy warstwą BZP ma sprawiać, że obce komórki stają się trudniejsze do rozpoznania przez układ odpornościowy gospodarza.

Osłona chroni komórki, ale pozostaje przepuszczalna dla insuliny

Kluczową właściwością zastosowanej powłoki jest jej przepuszczalność. Chociaż komórki pozostają chronione przed układem odpornościowym, mogą nadal uwalniać do organizmu cząsteczki o działaniu terapeutycznym, takie jak insulina.

W założeniu rozwiązanie to mogłoby więc umożliwić wykorzystanie terapii komórkowej bez konieczności przewlekłego stosowania leków immunosupresyjnych.

Kyungsene Lee, pierwszy autor publikacji, obecnie pracujący jako postdoc w Harvard Medical School i posiadający doktorat z biomedical engineering uzyskany w Penn State, podkreślił, że enkapsulacja komórek za pomocą hydrożeli jest badana od wielu lat. Wcześniejsze prace nie odtwarzały jednak ultracienkiej struktury osłonki przejrzystej ani naturalnego procesu jej utwardzania w celu stworzenia tego rodzaju ochronnego „płaszcza” dla komórek terapeutycznych.

– Nasz organizm jest niezwykły. Naśladując naturalną, ultracienką powłokę tworzoną przez białka na komórkach jajowych, możemy wzmacniać i ukrywać komórki przeznaczone do transplantacji terapeutycznej – powiedział Lee.

Osiem lat prac nad warstwą o grubości 20 mikrometrów

Jak zaznaczył Wang, metoda nie powstała od razu. Opracowanie technologii wymagało ośmiu lat systematycznych prac.

Naukowcy musieli uzyskać warstwę hydrożelu o grubości zaledwie około 20 mikrometrów – znacznie cieńszą od ludzkiego włosa – która mogłaby dokładnie przylegać do zakrzywionej powierzchni żywych komórek lub skupisk komórkowych, nie zaburzając przy tym ich funkcji.

Po potwierdzeniu, że rozwiązanie jest zgodne z materiałem biologicznym, naukowcy pokryli warstwą BZP wyspy trzustkowe, a następnie przeszczepili je grupie myszy z cukrzycą. Stężenie glukozy we krwi zwierząt monitorowano przez 100 dni.

Prawidłowa glikemia w ciągu tygodnia

Wyniki porównano z nieleczonymi myszami z cukrzycą oraz ze zwierzętami, którym przeszczepiono wyspy bez ochronnej powłoki.

U myszy, które otrzymały wyspy pokryte BZP, stężenie glukozy we krwi powróciło do prawidłowego zakresu w ciągu tygodnia. Co szczególnie istotne, większość tych zwierząt pozostawała wolna od cukrzycy przez ponad 100 dni bez konieczności ciągłego stosowania leków immunosupresyjnych.

Według Wanga był to znacznie dłuższy okres działania niż w przypadku niepokrytych wysp trzustkowych. Bez ogólnoustrojowej immunosupresji efekt terapii z wykorzystaniem takich nieosłoniętych komórek utrzymuje się zazwyczaj około tygodnia lub nawet krócej.

Należy jednak podkreślić, że przedstawione wyniki pochodzą z badania eksperymentalnego przeprowadzonego na zwierzętach. Nie oznaczają jeszcze potwierdzenia skuteczności ani bezpieczeństwa BZP u osób z cukrzycą.

Potrzebne są dalsze badania i próby kliniczne

W kolejnych etapach naukowcy zamierzają dokładniej zbadać technologię BZP, przede wszystkim po to, aby określić, jak długo pojedynczy przeszczep wysp może pozostawać chroniony przed odpowiedzią immunologiczną.

Zdaniem Wanga w dłuższej perspektywie – po przeprowadzeniu dalszych badań, udoskonaleniu technologii, a następnie badań klinicznych – rozwiązanie mogłoby stać się platformą terapii komórkowej wykorzystywaną nie tylko w cukrzycy, ale również w innych chorobach.

– Technika ta mogłaby znaleźć zastosowanie w immunoterapii, przygotowując komórki do odporności na warunki związane z chorobami przewlekłymi, albo w medycynie regeneracyjnej, gdzie stymulacja wzrostu komórek mogłaby wspierać regenerację tkanek w uszkodzonych lub utraconych narządach. Mówiąc prościej, BZP może mieć bardzo szerokie zastosowanie w biomedical engineering – wyjaśnił Wang.

Zespół badawczy i finansowanie

Wśród autorów związanych obecnie z Penn State znaleźli się również Xiaojun „Lance” Lian, associate professor of biology and of biomedical engineering; Yuguo Lei, associate professor of biomedical engineering i faculty director of the Sartorius Cell Culture Facility w Huck Institutes of the Life Sciences; Hong Zheng, professor of medicine and of molecular precision medicine w Penn State College of Medicine; a także Yixun Wang, Alexander L. Mark, Chein-Wei Wu, Ana Aviles Vargas, Yuhong Jian, Thomas I. McDougal oraz Selina Y. Lin.

Współautorami pracy byli również Jennifer Z. Wang, która w czasie prowadzenia badań była uczennicą szkoły średniej, a obecnie studiuje na Duke, oraz Xuelin Wang, Connie Wen, Brandon Davis i James Coyne, którzy uzyskali stopnie doktorskie w Penn State.

Badania były wspierane przez Penn State Huck Chair Professorship, 2025 Huck Seed Grant Program oraz jednostki National Institutes of Health: National Heart, Lung and Blood Institute, National Institute of Biomedical Imaging and Bioengineering i National Institute of General Medical Sciences, a także Molecular Machines Mechanism and Structure (M3S) Training Program. Finansowanie obejmowało granty HL122311, EB035568, GM154105 oraz T32GM149417. Autorzy zaznaczyli, że treść publikacji pozostaje wyłącznie ich odpowiedzialnością i nie musi odzwierciedlać oficjalnego stanowiska National Institutes of Health.

Źródło: Nature Biomedical Engineering, „Biomimetic zona pellucida-encapsulated islets for sustained glycaemic control in immunocompetent mice”.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41551-026-01775-8