Przeszczepiane nanopowlekane komórki inteligentnym sposobem na leczenie cukrzycy
Trzustka jest niezwykle ważna, jeśli chodzi o ludzkie zdrowie, ponieważ wytwarza i uwalnia insulinę do krwiobiegu, regulując tym samym poziom cukru we krwi. Jednakże u pacjentów z cukrzycą komórki wytwarzające insulinę (znajdujące się w specjalnych strukturach trzustki zwanych „wyspami”) nie działają prawidłowo. „Potencjalną metodą leczenia w przypadku osób z cukrzycą jest przeszczep wysp od zmarłego dawcy lub z innego źródła, takiego jak komórki macierzyste. Jednak problem polega na tym, że układ odpornościowy wykrywa przeszczepione wyspy i atakuje je, przez co bardzo szybko giną”, wyjaśnia José Carlos Rodríguez-Cabello, profesor fizyki materii skondensowanej na Uniwersytecie w Valladolid (Hiszpania) oraz koordynator projektu ELASTISLET (Tailored Elastin-like Recombinamers as Advanced Systems for Cell Therapies in Diabetes Mellitus: a Synthetic Biology Approach towards a Bioeffective and Immunoisolated Biosimilar Islet/Cell Niche). Podawanie pacjentom z przeszczepionymi wyspami immunosupresantów nie jest zbyt skuteczne. Co więcej, pacjenci, którzy chorują na cukrzycę od dzieciństwa, musieliby brać leki immunosupresyjne do końca życia. Niedawno naukowcy korzystający z unijnych dotacji opracowali specjalne komórki wytworzone metodą bioinżynierii. Komórki te są nanopowlekane nowatorskimi biomateriałami, które chronią je przed układem odpornościowym, nie utrudniając przy tym dostarczania insuliny do krwiobiegu.
Technologia powlekania
Nanopowłoka nie izoluje wysp całkowicie. „Musi ona działać w sposób selektywny i być wystarczająco przepuszczalna, by do komórek mógł przenikać tlen, krew i składniki odżywcze, a także aby możliwe było uwalnianie insuliny wytwarzanej przez wyspy”, wyjaśnia Rodríguez-Cabello. „Przeanalizowaliśmy możliwość zastosowania nowej klasy materiałów: podobnych do elastyny – rekombinamerów będących czymś pomiędzy naturalnym białkiem a tworzywem sztucznym”, dodaje profesor. Zaprojektowano je i wyprodukowano w sposób sztuczny. Są one podobne do białek, więc wyspa może z nimi nawiązywać interakcje na poziomie komórkowym w naturalnym otoczeniu, takim jak trzustka. Dzięki technologii „warstwa po warstwie” możliwe jest utworzenie bardzo cienkiej powłoki poprzez zanurzenie wysp w kąpieli z roztworu zawierającego jeden z elementów składowych mieszaniny. „Następnie wyjmuje się je i nieco oczyszcza, tak aby na powierzchni pozostało tylko kilka cząsteczek tego materiału, po czym wykorzystuje się drugi element składowy – uzupełniającą substancję wchodzącą w reakcję z pierwszym elementem”, wyjaśnia Rodríguez-Cabello. W trakcie kąpieli i zanurzania wytwarzana jest bardzo cienka warstwa. „Musimy jednak trochę popracować nad właściwościami dyfuzyjnymi tej warstwy, aby osiągnąć permselektywność”, stwierdza koordynator.
Skuteczna powłoka
Powlekanie komórek stanowiło wyzwanie ze względu na nieregularną powierzchnię wysp. „Jeśli zostawi się otwór na tyle duży, by wykryła go komórka układu odpornościowego, to wszystko stracone”, wyjaśnia Rodríguez-Cabello. Tak więc zespół opracował system zwiększania skuteczności powlekania. „Nie udało nam się osiągnąć stuprocentowej skuteczności powlekania, wiemy jednak, że 80 % wysp, które wszczepiamy, ma odpowiednią powłokę i pozostanie w organizmie przez długi czas”. Przeszczepione wyspy muszą również być w stanie nawiązywać interakcje z otaczającymi komórkami i integrować się z tkankami gospodarza. Integrację wspiera strategia unaczyniania komórek, co umożliwia powstawanie naczyń krwionośnych, a tym samym zwiększa okres przeżywalności wysp i poprawia wymianę składników odżywczych. Nad tym multidyscyplinarnym projektem pracowało 95 badaczy, w tym 42 doktorantów. Specjalizowali się oni w nanotechnologii, immunologii, biologii komórkowej, biologii syntetycznej i bioinżynierii. Część z nich to praktykujący lekarze mający wiedzę kliniczną. Pod koniec projektu zespół opracował system, który dobrze się sprawdza w krótkoterminowych eksperymentach na zwierzętach laboratoryjnych i został opatentowany. „Przeprowadzamy teraz testy, żeby sprawdzić, czy implanty te są w stanie utrzymać tę umiejętność przez dłuższy czas. Koncepcja jest następująca: jeden zastrzyk wystarczyłby na wiele lat. Być może udałoby się nawet wyeliminować konieczność wykonania kolejnego zastrzyku”, podsumowuje prof. Rodríguez-Cabello.
Słowa kluczowe
ELASTISLET, komórki, układ odpornościowy, immunosupresanty, cukrzyca, insulina, trzustka, komórki wysp, biomateriały
