Исследователи разработали метод имплантации нитевидного устройства, содержащего секретирующие инсулин клетки поджелудочной железы, в карман под кожей. Устройство обратило вспять диабет 1 типа у мышей и не потребовало введения препаратов против отторжения. Однажды это устройство может стать альтернативой инъекциям инсулина.
При диабете 1 типа иммунная система организма атакует и разрушает производящие инсулин клетки поджелудочной железы, называемые островковыми клетками, предотвращая секрецию инсулина и что требует пожизненного введения инсулина или использования инсулиновой помпы.
Исследователи из Корнеллского университета и Университета Альберты (Университет Австралии) совместно создали подкожный имплант, который секретирует инсулин, избегая при этом иммунных реакций, которые могут вызывать имплантированные устройства.
«С годами я Мы получаем много электронных писем и запросов от родителей и пациентов, в которых говорится: «Эй, у моего ребенка диагностирован диабет 1 типа, вы можете нам помочь?» — сказал Минглин Ма, один из авторов исследования. «Это очень тяжелая болезнь, и у многих детей она есть. Поэтому мы действительно серьезно настроены превратить это во что-то клинически применимое и эффективное».
В 2017 году Ма из Корнеллского колледжа сельского хозяйства и естественных наук (CALS) разработала армированное нитью альгинатное волокно для инкапсуляции островков (TRAFFIC), съемный имплантат с нейлоновой нитью, содержащий сотни тысяч островковых клеток, защищенных тонким альгинатным гидрогелевым покрытием. и вводят в брюшную полость. В 2021 году была создана более надежная версия имплантата, которая эффективно контролировала уровень сахара в крови у мышей на срок до шести месяцев.
Имплантат Ма привлек внимание исследователя диабета из Университета Австралии Джеймса Шапиро, который разработал метод введения островковых клеток в каналы под кожей и последующего применения иммуносупрессии для их защиты.
«Меня заинтриговала ценность подхода Ма, поскольку он позволяет избежать необходимости иммуносупрессии, и я задавался вопросом, можем ли мы объединить две наши инновационные стратегии для улучшения выживаемости клеток», — сказал Шапиро, другой автор исследования. «И действительно, это сработало! Объединив эти два фактора, мы действительно улучшили участок кожи для приживления клеток без необходимости использования препаратов против отторжения».
В результате сотрудничества была создана SHEATH, альгинатная нить с поддержкой подкожного хозяина.
<р>Имплантация SHEATH представляет собой двухэтапный процесс. Сначала под кожу вводят нейлоновый катетер медицинского назначения, где он остается на четыре-шесть недель. Катетер вызывает контролируемую воспалительную реакцию на инородное тело, в результате которой вокруг него формируется густая сеть кровеносных сосудов. Когда катетеры удаляются, в созданный карман (или канал) вводится устройство для засеивания островковых клеток на основе альгината, при этом окружающие сосуды обеспечивают островковые клетки необходимым кислородом и питательными веществами.
«Этот канал идеально подходит для нашего устройства», — сказал Ма. «Шапиро использовал аналогию: это как рука в перчатке. А ввести что-то под кожу гораздо проще и менее инвазивно, чем в живот. Эту процедуру можно провести амбулаторно, поэтому вам не придется оставаться в больнице. Это можно сделать под местной анестезией».
Имплантация системы SHEATH мышам с диабетом привела к изменению состояния без необходимости иммуносупрессии. Эксперименты показали надежную способность к долгосрочному обращению вспять диабета: у некоторых мышей удалось добиться коррекции высокого уровня глюкозы в крови в течение более 190 дней. Более того, система позволяла удалять и заменять вышедший из строя имплантат, о чем свидетельствовало повышение уровня глюкозы в крови. После замены новым имплантатом уровень глюкозы в крови нормализовался.
Подтвердив масштабируемость системы, исследователи успешно разработали процедуры для реализации подхода SHEATH на мини-свиньях, включая установку, удаление и замену имплантата.
Исследователи признают, что, несмотря на многообещающие особенности системы SHEATH, существуют дополнительные проблемы. относительно его клинической полезности необходимо преодолеть. В частности, определение приемлемой длины катетера и определение анатомически подходящих мест для размещения.
«Проблема в том, что очень сложно поддерживать функциональность этих островков в течение длительного времени внутри тела, где у вас есть устройство, потому что устройство блокирует кровеносные сосуды, но известно, что нативные островковые клетки в организме находятся в прямом контакте с сосуды, которые доставляют питательные вещества и кислород», — сказал Ма. «Устройство спроектировано таким образом, чтобы мы могли максимизировать массообмен питательных веществ и кислорода, но нам, возможно, потребуется предоставить дополнительные средства для поддержки клеток для долгосрочного функционирования на моделях крупных животных и, в конечном итоге, у пациентов».
Эти «дополнительные средства» могут включать в себя непрерывную подачу кислорода в устройство. Ма сформировал новое дочернее предприятие Корнелла, Persista Bio, для разработки отдельного устройства для подачи дополнительного кислорода в клетки.
Несмотря на эти проблемы, исследователи надеются, что будущие версии устройства-имплантата будут может прослужить от двух до пяти лет, прежде чем его потребуется заменить.
Исследование было опубликовано в журнале Nature Biomedical Engineering.
