Биоинженерная поджелудочная железа
Более 40 миллионов человек во всем мире страдают сахарным диабетом 1 типа – аутоиммунным заболеванием, при котором вырабатывающие инсулин бета-клетки поджелудочной железы разрушаются собственной иммунной системой. В настоящее время разрабатываются и внедряются новые методы лечения сахарного диабета 1 типа, включая трансплантацию бета-клеток, выращенных из плюрипотентных стволовых клеток. Одна из вариаций такого подхода – это макрокапсулированные устройства (macroencapsulation devices, MED) – капсулы с клетками, секретирующими инсулин. MED имеют оболочку, которая после трансплантации защищает находящиеся внутри бета-клетки от атак со стороны иммунной системы организма-хозяина, пропуская при этом питательные вещества для нормальной жизнедеятельности клеток. Тем не менее, MED имеют ряд недостатков, а масштабирование таких устройств для трансплантации пациентам очень сложно.
Группа исследователей из Brigham and Women's Hospital в сотрудничестве с коллегами из Гарвардского университета и Медицинской школы Массачусетского университета разработали MED с улучшенной конвекцией (ceMED), позволяющие непрерывно насыщать клетки необходимыми питательными веществами и улучшать работоспособность клеток, одновременно повышая их выживаемость, чувствительность к глюкозе и обеспечивая своевременную секрецию инсулина.
Существующие MED работают по принципу диффузии – питательные вещества проходят через внешнюю мембрану устройства, питая в основном только те клетки, которые расположены более поверхностно. CeMED обеспечивает клетки питанием и кислородом посредством непрерывного потока жидкости, позволяя всем слоям инкапсулированных клеток выживать и секретировать инсулин.
Прототип состоит из двух камер – камеры равновесия (EqC), которая собирает питательные вещества из окружающей среды, и камеры клеток (CC), в которой находятся защищенные β-клетки. EqC покрыта полупроницаемой мембраной из политетрафторэтилена с порами, которые пропускают внутрь жидкость. Дополнительная внутренняя мембрана, покрывающая CC, обеспечивает транспорт питательных веществ и защищает от атаки иммунной системы.
Применение островков бета-клеток, полученных из стволовых клеток, для лечения сахарного диабета 1 типа в настоящее время ограничено риском отторжения. Лаборатории по всему миру ищут способы защиты клеток от иммунной реакции и повышения их выживаемости после трансплантации. Конструкция ceMED с усиленной конвекцией и двойной мембраной потенциально может обеспечить достижение всех этих целей.
В отличие от обычных инсулиновых помп, ceMED позволяют клеткам секретировать инсулин при необходимости и быстро прекращать его выработку по мере нормализации уровня глюкозы в крови. Кроме того, ceMED могут работать автономно, не требуя подзарядки и замены отработанных бета-клеток на новые. В тестах на мышиных моделях сахарного диабета 1 типа ceMED повышали выживаемость бета-клеток и секрецию инсулина и приводили к нормализации уровня глюкозы в крови уже через два дня после трансплантации.
Группа намерена усовершенствовать устройство для увеличения емкости CC и оптимизации системы питания бета-клеток.
Статья K.Yang et al. A therapeutic convection–enhanced macroencapsulation device for enhancing β cell viability and insulin secretion орубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам EurekAlert: Building a better bioartificial pancreas.