Підшкірний імплант насичує киснем підшлункову залозу, ефективно контролюючи діабет 1 типу

Вчені розробили імплант, здатний лікувати діабет 1 типу без застосування імуносупресії, забезпечуючи додатковий приплив кисню до клітин, що виробляють інсулін. На відміну від попередніх пристроїв, новий імплант підтримує високу щільність клітин підшлункової залози завдяки мініатюрному знімному електрогенератору, що виробляє кисень. Ця інноваційна технологія в майбутньому може бути адаптована і для лікування інших хронічних захворювань.

Діабет 1 типу — це аутоімунне захворювання, при якому імунні клітини атакують бета-клітини підшлункової залози, відповідальні за вироблення інсуліну. В результаті організм втрачає контроль над рівнем цукру в крові, і пацієнти змушені довічно залежати від ін’єкцій інсуліну. Це вимагає постійного і ретельного контролю за харчуванням, сном, рівнем стресу та іншими факторами.

Незважаючи на прогрес в інсулінотерапії, існуючі методи лікування не виключають ризику серйозних ускладнень, таких як важкі гіпоглікемічні епізоди або незворотні пошкодження органів через хронічно підвищений цукор. Протягом декількох десятиліть вчені досліджують клітинну терапію як можливе рішення. Клінічні випробування з трансплантації острівців підшлункової залози показали, що контроль рівня глюкози без зовнішнього введення інсуліну можливий.

Однак цей підхід має істотні обмеження: пацієнти як і раніше потребують довічної імуносупресії, що підвищує ризик інфекцій і нефротоксичності (ураження нирок). Альтернативою стала технологія клітинної інкапсуляції, при якій трансплантовані клітини поміщаються в напівпроникну оболонку, що захищає їх від імунної системи, але пропускає необхідні для метаболізму молекули.

Головною проблемою залишається термін служби імплантату після пересадки. «Одна з основних труднощів — загибель клітин через нестачу кисню після імплантації», — пояснює Лора Фуонг Тран, аспірантка кафедри біологічної та екологічної інженерії Корнельського університету (США).

Щоб вирішити цю проблему, Тран і її колеги розробили імплант із вбудованим кисневим генератором. «Нам потрібно забезпечити дві ключові функції: захист від імунної системи та підтримку обміну речовин, тобто проникнення глюкози та інших поживних речовин», — уточнює вона.

Пристрій, описаний в журналі Nature Communications, являє собою циліндричну капсулу з кільцевим перетином, що містить острівці підшлункової залози. У нього вбудований знімний електрогенератор кисню розміром з невелику монету. Капсула оточена нанововолоконною мембраною, яка блокує доступ імунних клітин, але пропускає молекули, такі як глюкоза.

Центральна мембрана, також проникна, розподіляє кисень по клітинних кластерах. «Ця система забезпечує постійну подачу кисню за рахунок електролізу тканинної вологи, що дозволяє досягти високої щільності інкапсульованих клітин (60 000 IEQ/мл)», — пишуть автори дослідження.

Технологія заснована на попередніх розробках лабораторії Мінгліна Ма, професора біологічної та екологічної інженерії в Коледжі сільського господарства і наук про життя (CALS). Ранні версії капсул, випробувані на мишах, ефективно контролювали рівень цукру, але їх термін служби був обмежений через нестачу кисню.

«У наших експериментах миші з імплантатами жили більше року, і діабет залишався під контролем, незважаючи на відсутність додаткової подачі кисню. Однак при масштабуванні технології потрібно більше клітин, а значить, і більш висока щільність. Без кисню клітини часто гинули протягом двох тижнів», — зазначає Тран.

Новий імплант успішно протестували на щурах. Після підшкірної установки капсула запобігла проникненню імунних клітин, а мембрана залишалася функціональною протягом декількох місяців без засмічення. Пристрій компенсував діабет до трьох місяців без імуносупресії, тоді як у контрольної групи зберігалася гіперглікемія.

На думку дослідників, ці результати підтверджують, що імплант забезпечує більш точний контроль рівня цукру і в перспективі може значно поліпшити якість життя пацієнтів, дозволяючи їм харчуватися і вести активність майже так само, як здоровим людям.

Наступним етапом стануть випробування на більших тваринах, наприклад свинях, а також на людських стовбурових клітинах. Вчені також розглядають можливість довгострокового застосування технології для лікування інших хронічних захворювань.

«Ми уявляємо майбутнє, в якому імпланти з алогенними клітинами, отриманими з людських стовбурових ліній, зможуть тривало замінювати втрачені функції організму», — каже Лінда Темпельман, співавтор дослідження. Такі капсули можна буде використовувати для доставки ендорфінів для знеболювання, ферментів для замісної терапії або протизапальних молекул пацієнтам з аутоімунними захворюваннями, що супроводжуються неконтрольованим запаленням.