Przełom w transplantacji wysp trzustkowych – system Cornella w badaniach przedklinicznych
Naukowcy z Uniwersytetu Cornella opracowali system implantu, który może leczyć cukrzycę typu 1 poprzez dostarczanie dodatkowego tlenu do gęsto upakowanych komórek wydzielających insulinę, bez konieczności stosowania immunosupresji. Technologia ta ma również potencjał zapewnienia długoterminowej terapii w szeregu chorób przewlekłych.
Wyniki badań opublikowano 11 sierpnia w czasopiśmie Nature Communications. Pierwszymi współautorami pracy są Tung Pham oraz doktorantka Lora (Phuong) Tran.
Opracowana technologia bazuje na wcześniejszych urządzeniach implantacyjnych do kapsułkowania komórek stworzonych w laboratorium prof. Minglina Ma z Katedry Inżynierii Biologicznej i Środowiskowej w College of Agriculture and Life Sciences (CALS), który jest głównym autorem publikacji.
Prof. Ma od lat bada różne strategie leczenia cukrzycy typu 1, choroby, w której układ odpornościowy niszczy komórki beta trzustki – wyspy Langerhansa – produkujące insulinę. Bez insuliny organizm nie jest w stanie transportować glukozy do komórek mięśni i tkanek, co uniemożliwia wytwarzanie energii. Chorzy na cukrzycę typu 1 zazwyczaj kontrolują chorobę za pomocą codziennych iniekcji insuliny lub pomp insulinowych, jednak nawet przy takim leczeniu często dochodzi do poważnych powikłań.
Wcześniejsze implanty Ma skutecznie kontrolowały poziom cukru u myszy z cukrzycą, ale ich działanie było ograniczone czasowo.
– Jednym z głównych wyzwań jest to, że implant często „umiera” z powodu braku tlenu po wszczepieniu – wyjaśnia Tran. – W naszym laboratorium udało się utrzymać myszy przy życiu ponad rok, skutecznie kontrolując cukrzycę za pomocą małych kapsułek bez generowania tlenu. Jednak przy skalowaniu terapii potrzebujemy większej liczby komórek i większej gęstości, a bez dodatkowego tlenu komórki giną zwykle w ciągu dwóch tygodni.
Zespół Ma opracował nowy system we współpracy z badaczami elektrochemii z firmy Giner Inc., w tym dr Lindą Tempelman.
Nowe rozwiązanie obejmuje cylindryczną kapsułę w kształcie pierścienia, w której znajdują się przeszczepione komórki wydzielające insulinę, oraz elektrochemiczny generator tlenu wielkości monety, możliwy do usunięcia. Zewnętrzna nanowłóknista membrana kapsuły chroni komórki przed układem odpornościowym gospodarza, a centralna membrana przepuszczalna umożliwia dostarczanie tlenu z rdzenia kapsuły do otaczających komórek.
– Musimy spełnić dwa warunki – podkreśla Tran. – Po pierwsze, ochrona immunologiczna, a po drugie zapewnienie transportu masy, takiego jak glukoza czy inne składniki odżywcze, które mogą swobodnie przenikać.
Wspólnie z dr. Jamesem Flandersem z College of Veterinary Medicine naukowcy pomyślnie przetestowali system w modelach szczurzych.
– To dowód koncepcji – mówi Tempelman. – Udowodniliśmy, że natlenianie jest kluczowe i umożliwia utrzymanie kapsułek o dużej gęstości komórek. Kapsułki pozostają odporne na reakcję immunologiczną i działają długo, bez zatykania membrany. Organizmy nie lubią obcych materiałów, więc w laboratorium Ma opracowano materiały i powłoki minimalizujące reakcję zapalną.
Nowy system może umożliwić znacznie większej liczbie z 2 mln osób chorujących na cukrzycę typu 1 w USA skorzystanie z przeszczepu wysp trzustkowych lub terapii komórkowej bez konieczności stosowania niebezpiecznej immunosupresji. Co więcej, pozwala na bardzo precyzyjną kontrolę glikemii, co w praktyce może oznaczać wyleczenie choroby i powrót do pełnej swobody w jedzeniu, piciu i aktywności fizycznej.
Kolejnym krokiem będą implantacje w modelach świń oraz testy z wykorzystaniem ludzkich komórek macierzystych. Badacze planują również zastosowanie systemu do wszczepiania innych typów komórek w terapii przewlekłych chorób – na przykład w chorobach autoimmunologicznych, leczeniu bólu czy terapii enzymatycznej.
– Wyobrażamy sobie erę, w której pacjenci otrzymują implanty z allogenicznymi komórkami pochodzącymi od innych ludzi lub z linii komórek macierzystych, stosowane długoterminowo, by uzupełniać brakujące substancje – podsumowuje Tempelman. – W cukrzycy brakuje insuliny, w leczeniu bólu może to być endorfina, a w chorobach autoimmunologicznych – substancje kontrolujące stan zapalny.
Źródło: Nature Communications, A continuously oxygenated macroencapsulation system enables high-density packing and delivery of insulin-secreting cells
DOI: http://dx.doi.org/10.1038/s41467-025-62271-2
