Бета-клетки в упаковке
Разработан биоразлагаемый гидрогель для лечения диабета 1 типа
LifeSciencesToday по материалам Georgia Tech: Biomaterial Shows Promise for Type 1 Diabetes Treatment
Создание инженерных биоматериалов для трансплантации клеток – перспективное направление в разработке потенциальных методов лечения диабета 1 типа, которым только в США страдают около 3 миллионов человек.
Инженеры Технологического института штата Джорджия (Georgia Institute of Technology, Georgia Tech) и врачи Университета Эмори (Emory University) успешно трансплантировали инсулин-продуцирующие клетки мышам с моделью диабета, обратив вспять симптомы заболевания всего за 10 дней.
Они разработали биоматериал для защиты кластера инсулин-продуцирующих клеток – донорских островков поджелудочной железы – во время их введения в организм. Кроме того, новый материал содержит белки, ускоряющие образование кровеносных сосудов, что позволяет клеткам успешно приживаться, расти и функционировать в организме.
Изображение трансплантированного мыши с моделью диабета островка, доставленного в гидрогеле.
Красные области – инсулин-продуцирующие клетки, зеленые – кровеносные сосуды, синие – ДНК в ядрах клеток.
Фото: Georgia Tech
«Это очень многообещающий результат, – считает Андрес Гарсия (Andres Garcia), профессор машиностроения Georgia Tech. – Он дает нам возможность не только обеспечить выживание и функционирование островков, но и лечить диабет, используя меньшее, чем обычно, их количество».
Исследование, проведенное профессором Гарсия в партнерстве с докторами Робертом Тейлором (Robert Taylor) и Питером Туле (Peter Thule) из Университета Эмори, опубликовано он-лайн в журнале Biomaterials (Vasculogenic bio-synthetic hydrogel for enhancement of pancreatic islet engraftment and function in type 1 diabetes).
Диабет 1 типа – хроническое заболевание, причиной которого является недостаточная выработка поджелудочной железой гормона инсулина, переносящего сахара и другие питательные вещества в ткани, где они преобразуются в энергию, необходимую для повседневной жизни.
Большинство пациентов с диабетом 1 типа в настоящее время поддерживают уровень глюкозы в крови с помощью нескольких ежедневных инъекций инсулина или инсулиновой помпы. Но инсулинотерапия имеет свои ограничения. Чтобы быть эффективной, она требует тщательного измерения уровня глюкозы в крови, точных расчетов дозы и регулярности введения препарата.
В качестве перспективного метода терапии диабета 1 типа трансплантация панкреатических островков возродилась в конце 1990-годов. Пациентам с этим заболеванием обычно трудно соблюдать строгий режим – несколько ежедневных инъекций инсулина, которые, с точки зрения долгосрочных результатов лечения, лишь частично улучшают их состояние. Успешная трансплантация островков устранила бы необходимость назначения инсулина. Однако, хотя клинические испытания трансплантации островков имели определенный успех (контроль над уровнем глюкозы часто улучшался), у большинства пациентов симптомы заболевания возвращались, вынуждая их вновь прибегать к инъекциям некоторого количества инсулина.
Неудачи таких трансплантаций могут быть связаны с несколькими факторами. В частности, сегодняшняя технология инъекционного введения островков непосредственно в кровеносные сосуды печени является причиной гибели примерно половины клеток в результате реакций, обеспечивающих свертывание крови. Кроме того, попадая в организм, островки – метаболически активные клетки, требующие значительного кровотока, – сталкиваются с проблемой «подключения» к кровеносным сосудам и с течением времени отмирают.
Исследователи спроектировали совместимый с биологическими тканями гидрогель, являющийся перспективным терапевтическим средством доставки. Этот набухающий в воде сшитый полимер окружает инсулин-продуцирующие клетки и защищает их во время введения. Содержащий островки гидрогель вводится не в сосуды печени, а во внешнюю поверхность тонкой кишки, что позволяет избежать инъецирования непосредственно в кровоток.
Попав в организм, гидрогель контролируемо разлагается, высвобождая белковый ростовой фактор, стимулирующий образование кровеносных сосудов и их интеграцию в трансплантированные островки. В проведенных экспериментах кровеносные сосуды эффективно прорастали в биоматериал и успешно «подключались» к инсулин-продуцирующим клеткам.
Через четыре недели после трансплантации у мышей с моделью диабета наблюдался нормальный уровень глюкозы, а доставленные островки были живы и васкуляризированы в той же степени, что и островки поджелудочной железы здоровых мышей. Кроме того, по сравнению с более ранними технологиями трансплантации, новый метод требует меньшего количества островков, что в условиях дефицита донорского материала позволяет врачам помочь большему числу пациентов. В настоящее время для пересадки одному пациенту требуются клетки, полученные от двух-трех трупов.
Хотя новый биоматериал и метод введения весьма перспективны, необходимо подчеркнуть, что в экспериментах использовались генетически идентичные мыши. Это означает, что ученые не столкнулись с проблемой иммунного отторжения, обычно наблюдаемой при клинических трансплантациях. Однако они уже получили финансирование для изучения вопроса о том, будут ли клетки, защищенные созданным ими иммунным барьером, приняты организмом генетически различных моделей мышей. В случае успеха планируется продолжить эксперименты на более крупных животных.
«Мы разбили нашу стратегию на два этапа», – говорит Гарсия, научный сотрудник Института биоинженерии и биологических наук Пети (Petit Institute for Bioengineering and Bioscience) Georgia Tech. «Мы показали, что при доставке в спроектированном нами материале островки выживают и приживаются. Теперь мы должны обратиться к проблемам иммунного приживления».
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru
13.05.2013