В настоящее время ученые из Массачусетского Технологического Института (Massachusetts Institute of Technology) разработали способ заключить трансплантированные островковые клетки в гибкое защитное устройство, которое предотвращает отторжение иммунной системой, в то же время позволяя кислороду и другим важным питательным веществам достигать клеток. Такие клетки могут высвобождать инсулин или другие белки всякий раз, когда необходимо. Исследование опубликовано в журнал Nature Biomedical Engineering.
Актуальность проблемы
Одним из перспективных способов лечения диабета является использование трансплантированных островковых клеток, которые вырабатывают инсулин, когда уровень сахара в крови становится слишком высоким. Однако пациенты, которые получают такие трансплантаты, должны принимать препараты, чтобы предотвратить отторжение иммунной системой, поэтому данный метод лечения используется не часто.
Пациентам с диабетом 1 типа обычно приходится вводить себе инсулин несколько раз в день, чтобы поддерживать уровень сахара в крови в пределах нормы. С 1999 года небольшому количеству больных с сахарным диабетом провели трансплантацию островковых клеток, которые могут заменить их нефункционирующую поджелудочную железу. Хотя лечение зачастую является эффективным, иммунодепрессанты, которые эти пациенты должны принимать, делают организм уязвимым для инфекций и могут возникнуть другие серьезные побочные эффекты.
В течение нескольких лет ученые работали над способами защиты трансплантированных клеток от иммунной системы хозяина, чтобы иммунодепрессанты не были необходимы.
«Мы хотим иметь возможность имплантировать клетки пациентам, которые могут выделять такие терапевтические факторы, как инсулин, но предотвращать их отторжение организмом», – комментирует автор исследования Даниэль Андерсон (Daniel Anderson). «Если бы вы могли создать устройство, которое бы защищало эти клетки и не требовало подавления иммунитета, вы могли бы действительно помочь многим людям».
Материалы и методы исследования
Чтобы защитить трансплантированные клетки от иммунной системы, исследователи поместили образцы в устройство, построенное из эластомера на основе кремния (полидиметилсилоксана) и специальной пористой мембраны. Затем ученые покрыли внешнюю поверхность устройства низкомолекулярным препаратом под названием THPT. В предыдущем исследовании ученые обнаружили, что эта молекула может помочь предотвратить фиброз, накопление рубцовой ткани, которое возникает, когда иммунная система атакует инородные объекты.
Устройство содержит пористую мембрану, которая позволяет пересаженным клеткам получать питательные вещества и кислород из кровотока. Эти поры должны быть достаточно большими, чтобы пропускать питательные вещества и инсулин, но достаточно маленькими, чтобы иммунные клетки, такие как Т-клетки, не могли проникать и атаковать трансплантированные клетки.
В ходе исследования ученые протестировали полимерные покрытия с порами диаметром от 400 нанометров до 3 микрометров и обнаружили, что диапазон размеров от 800 нанометров до 1 микрометра был оптимальным. При таком размере небольшие молекулы и кислород могут проходить , но не через Т-клетки.
Результаты научного исследования
Эксперименты, поставленные на мышах с диабетом, показали, что трансплантированные островки поддерживали нормальный уровень глюкозы в крови у мышей в течение более 10 недель.
Исследователи также проверили этот подход с человеческими эмбриональными клетками почек, которые были разработаны для производства эритропоэтина (ЭПО), гормона, который стимулирует выработку красных кровяных клеток и используется для лечения анемии. Эти терапевтические клетки человека выживали у мышей в течение по меньшей мере 19-недельной продолжительности эксперимента.
«Клетки в устройстве действуют как фабрика и непрерывно производят высокие уровни ЭПО. Это привело к увеличению количества эритроцитов у животных в течение всего времени, пока мы проводили эксперимент», – резюмирует Андерсон.
Кроме того, исследователи показали, что возможно запрограммировать трансплантированные клетки для производства белка только в ответ на лечение с помощью низкомолекулярного препарата. В частности, трансплантированные сконструированные клетки продуцировали ЭПО, когда мышам давали препарат доксициклин. Эта стратегия может обеспечить производство белка или гормона по требованию только тогда, когда это необходимо.
Исследователи утверждают, что этот тип «фабрики живых лекарств» может быть полезен для лечения любых хронических заболеваний, требующих частых доз белка или гормона. В настоящее время исследователи сосредоточены на диабете и работают над тем, чтобы продлить срок жизни трансплантированных островковых клеток.
«Мы надеемся и верим, что эти результаты приведут к появлению новых супер-биосовместимых имплантатов для лечения диабета и многих других заболеваний в ближайшие годы», – резюмирует автор исследования Роберт Лангер (Robert Langer).
Авторы другого исследования разработали нанокапсулы, эффективные при лечении диабета второго типа.
Ведущий специалист отдела организации клинических исследований, терапевт, врач ультразвуковой диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), главный редактор, учредитель сетевого издания Medical Insider, а также автор статей
E-mail для связи – [email protected];
