Новое имплантируемое устройство представляет собой островковые клетки с собственным источником кислорода

        

С 1960-х годов исследователи были заинтересованы в возможности лечения диабета типа 1 путем трансплантации островковых клеток – клеток поджелудочной железы, которые ответственны за продуцирование инсулина, когда концентрация глюкозы в крови увеличивается.

Однако реализация этого подхода оказалась сложной задачей. Одним из препятствий является то, что как только островки будут пересажены, они умрут, если не получат достаточного количества кислорода. Теперь исследователи из Массачусетского технологического института, работающие с компанией под названием «Бета-О2 Технологии», разработали и испытали имплантируемое устройство, которое снабжает клетки островков собственной подачей кислорода через камеру, которую можно пополнять каждые 24 часа.

«Получение кислорода в этих клетках – сложная проблема», – говорит Кларк Колтон, профессор химического машиностроения Массачусетского технологического института и старший автор исследования. «Преимущества такого подхода заключаются в следующем: вы сохраняете жилеты для выполнения своей функции, вам не нужно столько ткани, и вы уменьшаете способность имплантатов спровоцировать иммунный ответ».

Испытания этих имплантатов у крыс показали, что почти 90 процентов островков оставались жизнеспособными в течение нескольких месяцев, и большинство крыс поддерживали нормальный уровень глюкозы в крови в течение этого времени.

Yoav Evron из Beta-O2 Technologies является ведущим автором исследования, которое появилось в выпуске 25 апреля Scientific Reports .

Защитные островки

Диабет типа 1 происходит, когда собственная иммунная система пациента разрушает островковые клетки поджелудочной железы, поэтому пациент больше не может производить инсулин, который необходим организму для поглощения сахара из кровотока. Ранние попытки лечения пациентов путем пересадки островков из трупов были безуспешными, поскольку островки не выживали после трансплантации.

Одна из причин, по которым пересаженные островки не удались, заключается в том, что они были атакованы иммунными системами пациентов. Для защиты трансплантированных клеток исследователи начали разработку имплантатов, в которых островки инкапсулированы в материал, такой как полимер. Однако оставшаяся задача состоит в том, чтобы убедиться, что островки получают достаточно кислорода, говорит Колтон.

В здоровой поджелудочной железе все островковые клетки контактируют с капиллярами, что позволяет им получать кислородную кровь при парциальном давлении кислорода около 100 миллиметров ртути (мм рт. Ст.). (Частичное давление является мерой концентрации отдельного газа в смеси газов). Когда врачи сначала пытались пересадить островки в пациентов с диабетом, многие из клеток не имели прямого контакта с капиллярами, поэтому их подача кислорода была слишком низкой.

Предыдущие исследования в лаборатории Колтона обнаружили, что наружная поверхность островков должна быть подвержена воздействию по меньшей мере 50 мм рт. Ст. Кислорода, чтобы оставаться жизнеспособной и обычно выводить инсулин. Благодаря серии экспериментов команда MIT, работающая с исследователями из Beta-O2 Technologies, определила условия работы устройства, необходимые для того, чтобы островки оставались в живых и функционировали в течение длительных периодов времени, будучи собранными в компактной форме, достаточно малой, чтобы имплантировать у пациентов

В устройстве, испытанном на бумаге Scientific Reports островки инкапсулированы в плиту альгината, полисахарид, полученный водорослями, толщиной около 600 микрон. Мембрана с одной стороны плиты держит иммунные клетки и большие белки, но позволяет проникать через инсулин, питательные вещества и кислород. Ниже плиты расположена газовая камера толщиной около 5 миллиметров, в которой помимо кислорода присутствуют атмосферные газы, такие как азот и углекислый газ. Кислород течет из камеры через полупроницаемую мембрану и в островки, внедренные в альгинатную плиту.

По мере того как кислород диффундирует через плиту, он постепенно потребляется, поэтому парциальное давление кислорода постоянно падает. Чтобы гарантировать, что парциальное давление остается не менее 50 мм рт.ст. в течение 24 часов, исследователи обнаружили, что им необходимо начать с парциального давления кислорода 500 мм рт. Ст. В газовой камере.

Через 24 часа подача кислорода пополняется через порт – устройство, имплантированное под кожу и подключенное к катетеру, который приводит к инкапсулированным островкам, которые также имплантируются под кожу.

Долгосрочное выживание

В тестах у диабетических мышей без иммуносупрессии, исследователи показали, что почти 90 процентов островков пережили весь период трансплантации, который варьировался от 11 недель до восьми месяцев. Они также обнаружили, что большинство уровней сахара в крови этих животных оставались нормальными, а устройства имплантировались, после чего они восстанавливались до уровня диабета после их удаления.

Другим преимуществом этого подхода является то, что, поскольку большинство островковых клеток остаются живыми, они менее склонны провоцировать иммунный ответ. Когда клетки умирают, они ломаются, а полученные фрагменты белка и ДНК с большей вероятностью привлекают внимание иммунной системы.

«Сохраняя клетки живыми, вы минимизируете иммунный ответ», – говорит Колтон.

Исследователи из Beta-O2 Technologies теперь работают над новыми версиями устройства, в котором камера хранения кислорода имплантируется под кожу, отдельно от островков. Эту версию нужно будет пополнять только один раз в неделю, что может быть более привлекательным для пациентов.

Источник:

http://news.mit.edu/2018/implantable-islet-cells-come-their-own-oxygen-supply-0425

      

Source link