Pentru cele peste 8 milioane de persoane din întreaga lume care trăiesc cu diabet de tip 1, obţinerea unui sistem imunitar gazdă care să tolereze prezenţa celulelor implantate care secretă insulină le-ar putea schimba viaţa. Oamenii de ştiinţă de la universitatea Rice din Texas, Statele Unite, au făcut descoperiri importante în acest sens, pentru tratarea diabetului zaharat de tip 1.
La pacienţii cu diabet de tip 1, sistemul imunitar al organismului atacă celulele producătoare de insulină din pancreas. Pe măsură ce aceste celule sunt distruse, pacientul îşi pierde capacitatea de a-şi regla glicemia.
Secvenţierea ADN de mare capacitate a revoluţionat multe domenii biomedicale. Acum, o echipa de cercetători americani de la universitatea Rice a identificat noi formulări de biomateriale care ar putea ajuta la dezvoltarea tratamentelor viitoare pentru diabetul de tip 1, abordând un mod mai sustenabil, pe termen lung de tratare a bolii.
Ei au dezvoltat o nouă tehnică de screening care presupune marcarea fiecărei formulări de biomateriale dintr-o bază cu sute astfel de formulări cu un „cod de bare" unic înainte de a le implanta la subiecţi vii.
Potrivit rezultatelor unui studiu preclinic publicat săptămâna trecută, în Nature Biomedical Engineering, utilizarea unei formule de alginat pentru a încapsula celule pancreatice umane secretoare de insulină a asigurat un control pe termen lung al nivelului de zahăr din sânge la şoarecii diabetici. De asemenea, cateterele acoperite cu alte două materiale foarte performante nu s-au înfundat.
Timp de zeci de ani, oamenii de ştiinţă au lucrat la un obiectiv, descris drept 'sfântul graal', de a găzdui celulele insulare pancreatice în interiorul unei matrice poroase realizate dintr-un material protector care ar permite celulelor să aibă acces la oxigen şi nutrienţi fără a fi atacate de sistemul imunitar al gazdei.
Cu toate acestea, materialele cu o biocompatibilitate optimă s-au dovedit a fi foarte greu de găsit, în parte din cauza constrângerilor de screening, iar pe de altă parte, răspunsul sistemului imunitar la un anumit biomaterial implantat poate fi evaluat doar într-o gazdă vie.
„Problema este că răspunsul imunitar trebuie investigat în interiorul corpului acestor şoareci diabetici, nu într-o eprubetă", a declarat Boram Kim, unul dintre autorii principali ai studiului, într-un comunicat al universităţii.
„Asta înseamnă că, dacă vrei să depistezi aceste sute de molecule de alginat, atunci trebuie să ai sute de subiecţi animale de test. Ideea noastră a fost de a depista sute de biomateriale în acelaşi timp, la acelaşi subiect de testare", a explicat cercetătorul.
Pe de altă parte, diferite formulări de biomateriale arată la fel, ceea ce face imposibilă identificarea celor foarte performante în absenţa unor trăsături care să indice acest lucru, ceea ce a făcut ca testarea a mai mult de un biomaterial per gazdă să fie imposibilă.
„Sunt materiale diferite, dar arată la fel", a explicat Omid Veiseh, bioinginer la Rice U, care a condus echipa de cercetare. „Şi odată ce sunt implantate în corpul unui subiect de testare şi apoi scoase din nou, nu putem face distincţia între materiale şi nu am putea identifica care formulă a funcţionat cel mai bine", a explicat omul de ştiinţă.
Pentru a depăşi aceste constrângeri, echipa a găsit o modalitate de a marca fiecare formulă de alginat cu un „cod de bare" unic, ceea ce le-a permis să le identifice pe cele care au funcţionat cel mai bine.
Astfel, cercetătorii au împerecheat fiecare biomaterial modificat cu celule endoteliale din vena ombilicală umană (HUVEC) de la un donator diferit.
Întrucât celulele HUVEC provin de la donatori unici, acţionează ca un cod de bare care le permit cercetătorilor să identifice materialul folosit iniţial,, a adăugat Veiseh.
Cercetătorii au ales biomaterialele care au celule vii în ele. Odată ce le-au identificat, am secvenţiat genomul acelor celule pentru a-şi da seama ce material a fost asociat cu ele.
„Aşa am avut cele mai mari succese", a explicat omul de ştiinţă.
Sunt în curs de desfăşurare teste pentru utilizarea celulelor insulare derivate din celule stem în cazul pacienţilor diabetici. Cu toate acestea, tratamentele actuale cu insule necesită imunosupresie, ceea ce face ca tratamentul diabetului de tip 1 să fie o metodă solicitantă.
„În prezent, pentru a utiliza celulele insulare implantate la pacienţii diabetici, trebuie să suprimaţi întregul sistem imunitar, ca atunci când am încerca să facem un transplant de organe", a spus Veiseh., precizând că o astfel de abordare vine cu o mulţime de complicaţii pentru pacient.
Aceştia pot dezvolta cancer, nu pot lupta împotriva infecţiilor, aşa că, pentru marea majoritate a pacienţilor, este cel mai indicat este tratamentul în care se injectează singuri cu insulină.
„Cu această strategie de încapsulare cu biomateriale, nu este nevoie de imunosupresie", a explicat cercetătorul.
Plasarea celulelor HUVEC reale în interiorul capsulelor de biomaterial a crescut probabilitatea ca sistemul imunitar al gazdei să detecteze o prezenţă străină. Acest lucru face ca experimentul să fie mai robust decât simpla testare a răspunsului imunitar doar la biomateriale.
Cercetătorii au vrut să testeze o bancă întreagă cu astfel de materiale.
„Există un mare interes din partea tuturor producătorilor de celule insulare pentru a putea scăpa de imunosupresie şi a folosi în schimb aceste matrici de hidrogel de alginat pentru a proteja celulele implantate", a spus Veiseh.
Noua abordare cu „cod de bare" de mare randament poate fi implementată pentru depistarea altor aplicaţii medicale folosind mai puţini subiecţi vii.
Aceleaşi modificări pot fi aplicate la toate tipurile de materiale care intră în organism, a spus Veiseh.
Potrivit cercetătorului, această abordare nu se limitează doar la transplantul de celule. Tehnologia pe care echipa a dezvoltat-o poate fi asociată cu o mulţime de concepte diferite de dispozitive.
„De exemplu, unii pacienţi diabetici folosesc sisteme automate pentru a-şi autoadministra insulina. Cateterele de pe aceste sisteme de pompare trebuie înlocuite la fiecare câteva zile, deoarece se înfundă. Am reuşit să demonstrăm că acoperirea cateterelor cu aceste noi materiale ar prevenit înfundarea dispozitivelor", au explicat cercetătorii.
Potrivit acestora, noua tehnologie de etichetare a celulelor cu un cod de bare, a impulsionat cercetarea în domeniul biomaterialelor care va accelera transpunerea în produse aplicabile clinic şi va face ca acestea să fie mai accesibile", a declarat dr. José Oberholzer, specialist în chirurgia de transplant şi bioinginer la universitatea din Virginia.
„Este o adevărată schimbare de paradigmă. Cu această metodă, putem acum să analizăm sute de biomateriale deodată şi să le selectăm pe cele pe care corpul uman nu le respinge. Aşa putem proteja grefele celulare de atacurile sistemului imunitar, fără a fi nevoie de medicamente imunosupresoare", a adăugat medicul.
Aceste biomateriale îmbunătăţite pot permite ca terapiile celulare implantate durabile să funcţioneze ca mici fabrici de medicamente vii şi pot avea un impact pozitiv asupra pacienţilor cu o varietate de boli cronice, susţin oamenii de ştiinţă care au lucrat la acest proiect.
(Foto articol: Diferitele formulări de biomateriale identice, ceea ce face imposibilă identificarea celor mai performante în absenţa unor trăsături care să le indice. Pentru a depăşi aceste constrângeri, cercetătorii de la Rice au marcat fiecare formulă de alginat cu un „cod de bare" unic care le-a permis să le identifice pe cele care au avut cele mai bune performanţe. Perlele multicolore ilustrează capsulele de biomateriale cu cod de bare. Foto: Gustavo Raskosky/Universitatea Rice).
