Cukrzyca typu 1 to choroba autoimmunologiczna, która dotyka coraz większej liczby osób. Układ immunologiczny pacjentów cierpiących na ten rodzaj cukrzycy atakuje tzw. komórki beta trzustki, które odpowiadają za produkcję insuliny – hormonu kontrolującego poziom cukru we krwi.

Opracowywana przez naukowców z Uniwersytetu Rice’a „sztuczna trzustka” ma opierać się na wszczepieniu do organizmu chorego implantu stworzonego przy użyciu komórek beta wyhodowanych z ludzkich komórek macierzystych. Implant ma być w stanie mierzyć i regulować poziom glukozy we krwi pacjenta, uwalniając do jego organizmu odpowiednią ilość insuliny w razie potrzeby.

Naczynia krwionośne z 3D obok prawdziwych

Innowacyjny implant powstaje pod kierunkiem dwóch bioinżynierów – Omida Veiseha i Jordana Millera. Dr Veiseh, bioinżynier, poświęcił kilkanaście lat na opracowanie biomateriałów, które będą chroniły wszczepiane biorcy komórki przed działaniem jego układu odpornościowego. Z kolei Miller, profesor bioinżynierii, zajmuje się badaniami nad drukowaniem 3D tkanek i naczyń krwionośnych.

Stworzenie „żywego implantu” – który będzie w pełni unaczyniony – jest niezbędne, aby mógł on odpowiednio sprawować swoją funkcję, czyli produkować insulinę i uwalniać ją do krwiobiegu pacjenta.

Aby uzyskać pożądany efekt, naukowcy muszą dać zmodyfikowanym komórkom beta – wszczepionym biorcy – możliwość jak najszybszego i najdokładniejszego reagowanie na zmiany poziomu glukozy we krwi. Optymalnie nowe komórki beta produkujące insulinę powinny znajdować się w odległości nie większej niż 100 mikronów od naczynia krwionośnego pacjenta.

Pierwsze badania żywych implantów imitujących trzustkę, prowadzone na myszach, mają pokazać, że są one w stanie prawidłowo regulować poziom glukozy we krwi przez co najmniej sześć miesięcy.

Sztuczna trzustka, której nie zaatakuje organizm biorcy

Aby ochronić nowe komórki przed atakami ze strony układu odpornościowego biorcy, naukowcy opracowali specjalny materiał hydrożelowy, który ma tworzyć swoistą osłonę dla przeszczepu. Materiał sprawdził się już w pierwszych zabiegach u myszy. Ma na tyle małe pory, aby zapobiec atakowaniu komórek znajdujących się w jego wnętrzu, a równocześnie wystarczająco duże, aby umożliwić przepływ składników odżywczych i insuliny.

Z kolei włączenie do implantu wydrukowanych w 3D naczyń krwionośnych ma sprawić, że komórki beta będą funkcjonować w sposób najbardziej zbliżony do naturalnego zachowania trzustki.

Kolejnym krokiem w badaniach będzie sprawdzenie, czy czas reakcji implantu jest odpowiedni. Jeśli nowe komórki beta będą zbyt wolno reagować na podwyższony lub obniżony poziom glukozy we krwi biorcy, uwolnią insulinę z pewnym opóźnieniem. Efekt takiego opóźnienia może przypominać kolejkę górską – poziom insuliny u chorego może wielokrotnie wzrastać i spadać do niebezpiecznego poziomu.

Zajęcie się tym opóźnieniem jest ogromnym wyzwaniem. Kiedy podamy myszy – a ostatecznie człowiekowi – ilość glukozy, która naśladuje zjedzenie posiłku, ile czasu będziemy potrzebować, aby ta informacja dotarła do naszych komórek i jak szybko uwolni się wówczas insulina? – zastanawia się dr Veiseh.

Ze względu na poważne ryzyko dla zdrowia w przypadku pomyłki, badacze muszą przeprowadzić bardzo dokładne obliczenia.

Badania nad sztuczną trzustką prowadzone są w ramach trzyletniego programu finansowego przez organizację non-profit JDRF, która wspiera liczne badania nad cukrzycą typu 1.

 

Źródła: Rice University, EurekAlert.