Имплантат с клетками поджелудочной железы лечит сахарный диабет
Для одного миллиона россиян с сахарным диабетом I типа ежедневные инъекции инсулина являются вопросом жизни и смерти.
Хотя сегодня нет возможности навсегда избавиться от этого заболевания, сотрудники Корнелльского университета (США) разработали имплантат с живыми клетками поджелудочной железы, позволяющий на время забыть о диабете.
При сахарном диабете I типа инсулинпродуцирующие кластеры поджелудочной железы (островки) разрушаются иммунной системой организма. Чтобы восполнить клеточный аппарат, исследовательская группа во главе с доктором Минглином Ма (Minglin Ma) придумала гениальный метод имплантации тысяч островковых клеток в тело пациента.
Живые бета-клетки внутри имплантата защищены тонким гидрогелевым покрытием. Важнее всего, что клетки прикрепляются к каркасу в виде полимерной нити, и могут быть своевременно удалены или заменены по окончании своего жизненного цикла.
Подробности об уникальной разработке сотрудники Отделения биологического и аграрного инжиниринга сообщают в своей публикации на страницах PNAS.
Оригинальный метод лечения диабета
Сегодня альтернатива инсулину — это трансплантация инсулинпродуцирующих клеток, выращенных из стволовых клеток пациента. Но метод требует длительного введения препаратов, подавляющих иммунную систему и предотвращающих скорую гибель пересаженных клеток.
Один из способов избежать реакции иммунной системы заключается в покрытии клеток специальным гидрогелем в виде микроскопических капсул. Но гидрогелевые капсулы непросто удалить, поскольку они не связаны друг с другом, а при трансплантации их вводят сотни тысяч.
Возможность удаления трансплантата – это ключевое требование ученых, поскольку терапия стволовыми клетками ассоциируется с определенным опухолевым потенциалом.
Итак, при лечении диабета единственная альтернатива инсулину – это пересадка многочисленных, надежно защищенных клеток. Но разрозненные клетки пересаживать рискованно.
Следуя логике, команда Корнелльского университета решила «нанизать клетки на нитку».
«Когда пересаженные бета-клетки терпят неудачу или умирают, их необходимо извлечь из организма пациента. Благодаря нашему имплантату это не проблема», — говорит Ма.
Вдохновившись созерцанием капелек воды на паутине, доктор Ма и его команда сначала попытались соединить капсулы, содержащие островки, в виде цепочки. Но ученые быстро поняли, что было бы лучше разместить гидрогелевый слой равномерно вокруг «струны» с бета-клетками.
Этой струной послужила нитратная полимерная нить из ионизированного кальция. Устройство начинается с двух стерильных нейлоновых швов, скрученных в спираль, затем складывается для нанесения друг на друга нанопористых структурных покрытий.
На оригинальную конструкцию наносится тонкий слой альгинатного гидрогеля, который прилипает к нанопористой нити, удерживая и защищая живые клетки. В результате действительно получается нечто, похожее на капли росы, облепившие паутинку. Изобретение не только эстетично, но, как сказал бы незабвенный персонаж, дешево, надежно и практично. Все компоненты устройства недорогие и биосовместимые.
Альгинат – это экстракт из морских водорослей, который обычно используется при трансплантации инкапсулированных клеток поджелудочной.
Нить получила название TRAFFIC (Thread-Reinforced Alginate Fiber For Islets enCapsulation), что буквально означает «армированное нитью альгинатное волокно для инкапсуляции островков».
«В отличие от вдохновивших проект росинок на паутине, у нас нет промежутков между капсулами. В нашем случае пробелы были бы плохим решением с точки зрения образования рубцовой ткани и тому подобного», — поясняют исследователи.
Одна операция вместо ежедневных инъекций инсулина
Для введения имплантата в человеческий организм предполагается использовать минимально инвазивную лапароскопическую хирургию: тонкую нить порядка 6 футов длиной зашивается в брюшную полость пациента в ходе короткой амбулаторной операции.
«Больному сахарным диабетом не придется выбирать между инъекциями и опасным хирургическим вмешательством. Нам потребуются только два разреза на четверть дюйма. Живот раздувается углекислым газом, который упрощает выполнение процедуры, после чего хирург подсоединяет два порта и внедряет нить с имплантатом», — поясняют авторы.
По словам доктора Ма, большая площадь поверхности имплантата необходима для более эффективного высвобождения инсулина, лучшего массопереноса. Все островковые бета-клетки располагаются близко к поверхности устройства, повышая его эффективность. Текущие расчеты продолжительности жизни имплантата показывают довольно впечатляющий срок от 6 до 24 месяцев, хотя необходимы дополнительные испытания.
Эксперименты на животных показали, что у мышей уровень глюкозы в крови возвращался к норме через два дня после имплантации нити TRAFFIC длиной 1 дюйм, оставаясь в допустимых пределах на протяжении 3 месяцев после операции и более.
Возможность удаления имплантата была успешно протестирована на нескольких собаках, которым ученые лапароскопически внедряли и удаляли нити до 10 дюймов (25 см).
Как отмечают хирурги из команды доктора Ма, во время операции по удалению имплантата отмечалось отсутствие либо минимальная адгезия устройства на окружающей ткани.
Исследование проводилось при поддержке Американской диабетической ассоциации.