Исследователи разработали методику имплантации нитевидного устройства, содержащего секретирующие инсулин клетки поджелудочной железы, в «карман» под кожей. Устройство обратило диабет 1 типа у мышей вспять и не требовало введения препаратов против отторжения. Однажды устройство может стать альтернативой инъекциям инсулина.
При сахарном диабете 1 типа иммунная система организма атакует и разрушает продуцирующие инсулин клетки поджелудочной железы, называемые островковыми клетками, предотвращая секрецию инсулина и вызывая необходимость пожизненного введения инъекций инсулина или использования инсулиновой помпы.
Исследователи из Корнельского университета и Университета Альберты совместно создали подкожный имплантат, который выделяет инсулин, избегая при этом иммунных реакций, которые могут вызывать имплантированные устройства.
«На протяжении многих лет я получаю множество электронных писем и просьб от родителей и пациентов: «Привет, у моего ребенка был диагностирован диабет 1 типа, вы можете нам помочь?» — сказал Минглин Ма, один из авторов исследования. «Это очень тяжелое заболевание, и им болеет много детей. Итак, мы действительно серьезно относимся к тому, чтобы превратить это во что-то клинически применимое, что-то действенное».
В 2017 году Массачусетс из Корнелльского колледжа сельского хозяйства и естественных наук (CALS) разработал армированное нитями альгинатное волокно для инкапсуляции островков (TRAFFIC) — съемный имплантат из нейлоновой нити, содержащий сотни тысяч островковых клеток, защищенных тонким альгинатным гидрогелевым покрытием, и вводимый 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 привлек внимание исследователя диабета Джеймса Шапиро, который разработал метод введения островковых клеток в каналы непосредственно под кожей, а затем применял иммуносупрессию для их защиты.
«Я был заинтригован преимуществами подхода Ма, поскольку он позволяет избежать необходимости в иммуносупрессии, и я подумал, не могли бы мы объединить две наши инновационные стратегии для улучшения выживаемости клеток», — сказал Шапиро, другой автор исследования. «И действительно, это сработало! Объединив эти два метода, мы действительно улучшили участок кожи для приживления клеток без необходимости в препаратах против отторжения».
В результате совместной работы была создана SHEATH — альгинатная нить для подкожного введения в организм хозяина.
Имплантация ОБОЛОЧКИ — это двухэтапный процесс. Сначала под кожу вводится нейлоновый катетер медицинского класса, где он остается в течение четырех-шести недель. Катетер запускает контролируемую воспалительную реакцию на инородное тело, которая приводит к образованию вокруг него плотной сети кровеносных сосудов. Когда катетеры удаляются, устройство на основе альгината, засеянное островковыми клетками, вставляется в созданный карман — или канал — при этом окружающие сосуды обеспечивают островковые клетки необходимым кислородом и питательными веществами.
«Этот канал идеально подходит для нашего устройства», — сказала. «Шапиро использовал аналогию, что это похоже на руку в перчатке. И вводить что-то под кожу намного проще, гораздо менее инвазивно, чем в брюшную полость. Это может быть сделано амбулаторно, поэтому вам не нужно оставаться в больнице. Это может быть сделано под местной анестезией.»
Имплантация системы SHEATH мышам, страдающим диабетом, привела к обратному развитию заболевания без необходимости иммуносупрессии. Эксперименты показали высокую способность к долгосрочному обращению диабета вспять, при этом некоторые мыши достигали коррекции высокого уровня глюкозы в крови более чем на 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 вернулся к норме.
Подтверждая масштабируемость системы, исследователи успешно разработали процедуры для внедрения подхода SHEATH в minipigs, включая установку, удаление и замену имплантата.
Исследователи признают, что, несмотря на многообещающие характеристики системы SHEATH, необходимо преодолеть дополнительные проблемы, связанные с ее клиническим применением. В частности, определение приемлемой длины катетера и определение анатомически подходящих мест для установки.
«Проблема в том, что очень трудно поддерживать эти островки функциональными в течение длительного времени внутри тела, где у вас есть устройство, потому что устройство блокирует кровеносные сосуды, но известно, что родные островковые клетки в организме находятся в непосредственном контакте с сосудами, которые обеспечивают питательные вещества и кислород», — сказал он. Ма. «Устройство разработано таким образом, что мы можем максимизировать массообмен питательных веществ и кислорода, но нам, возможно, потребуется предоставить дополнительные средства для поддержания долгосрочного функционирования клеток на моделях крупных животных и, в конечном счете, у пациентов».
Эти «дополнительные средства» могут включать в себя включение в устройство непрерывной подачи кислорода. Ma сформировала новое подразделение Cornell, Persista Bio, для разработки отдельного устройства для подачи дополнительного кислорода в клетки.
Несмотря на эти проблемы, исследователи надеются, что будущие версии имплантируемого устройства смогут прослужить от двух до пяти лет, прежде чем потребуется замена.
