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Mai più iniezioni di insulina? Le cellule pancreatiche incapsulate offriranno un possibile nuovo trattamento per il diabete?

Nei pazienti affetti da diabete di tipo 1, il sistema immunitario attacca il pancreas, lasciando i pazienti senza la capacità di controllare naturalmente la glicemia. I diabetici tipo 1 devono monitorare con attenzione la quantità di zucchero nel sangue, e questo comporta dover misurarla più volte al giorno e poi iniettando insulina per mantenere questi livelli glicemici all’interno di una gamma equilibrata. Tuttavia, il controllo preciso dello zucchero nel sangue è difficile da raggiungere, e i pazienti affrontano una serie di problemi di salute a lungo termine come risultato.

Una superficie di materiale come scudo protettivo, qui illustrata, è stata progettata per fornire un “mantello di invisibilità” contro le cellule del sistema immunitario del corpo. In questa immagine al microscopio elettronico, è possibile vedere il materiale in superficie topografica.

Un trattamento migliore per il diabete tipo 1, molti ricercatori ritengono, sarebbe quello di sostituire le cellule delle isole pancreatiche distrutte dei pazienti con cellule sane che potrebbero subentrare nel monitoraggio della glicemia e all rilascio d’insulina. Questo approccio è stato utilizzato in centinaia di pazienti, ma il sistema immunitario ha un grave inconveniente: attacca le cellule trapiantate, e richiede ai trapiantati di prendere farmaci immunosoppressori per il resto della loro vita.

Ora, un nuovo progresso dal Children Hospital di Boston del MIT, e da diverse altre istituzioni può offrire un modo per mantenere il trapianto di isole pancreatiche. I ricercatori hanno progettato un materiale che può essere utilizzato per incapsulare cellule insulari umane prima del trapianto. Nei test sui topi, si è mostrato che queste cellule umane incapsulate potrebbero curare il diabete per un massimo di sei mesi, senza provocare una risposta, reazione immunitaria.

Anche se sono necessari ulteriori studi, questo approccio “ha il potenziale per fornire ai diabetici con un nuovo pancreas la protezione dal sistema immunitario, e permetterebbe loro di controllare la glicemia senza prendere farmaci. Questo è il sogno“, dice Daniel Anderson, Professore Associato presso il Dipartimento di Ingegneria Chimica, membro del Koch Institute del MIT for Integrative Cancer Research e Institute for Medical Engineering and Science (IMES) del MIT.

Anderson è l’autore maggiore di due studi che descrivono questo metodo nel numero del 25 gennaio di Nature Medicine e Nature Biotechnology. I ricercatori della Harvard University, University of Illinois a Chicago, il Joslin Diabetes Center, e University of Massachusetts Medical School hanno contribuito alla ricerca.

Le cellule produttrici di insulina derivate da cellule staminali stimolate dal glucosio, sono protette all’interno di capsule progettate per essere invisibile al sistema immunitario dell’ospite.

Cellule Incapsulante

Dal 1980, un trattamento standard per i pazienti diabetici è rappresentato da iniezioni di insulina prodotta da batteri geneticamente modificati: per essere efficace, questo tipo di trattamento richiede un grande sforzo da parte del paziente ed è in grado di generare grandi oscillazioni nei livelli dello zucchero nel sangue.

Sotto la spinta del direttore dello JDRF Julia Greenstein, Anderson e i suoi colleghi da diversi anni stanno elaborando un modo per rendere incapsulato il trapianto di isole pancreatiche come un approccio terapeutico praticabile. Hanno cominciato esplorando derivati chimici dell’alginato, un materiale originariamente isolato da alghe brune. Il gel alginato può essere fatto per incapsulare cellule senza danneggiarle, e consente anche a molecole come lo zucchero e le proteine di spostarsi, rendendo possibile per le cellule  di percepirli all’interno e rispondere ai segnali biologici.

Tuttavia, la ricerca precedente ha dimostrato che quando le capsule di alginato sono impiantate nei primati e nell’uomo, il tessuto cicatriziale si accumula intorno al bordo delle capsule, rendendo i dispositivi inefficaci. Al MIT hanno deciso di tentare di modificare l’alginato per rendere meno probabile la reazione immunitaria.

Le cellule delle isole pancreatiche utilizzate in questo studio sono state generate da cellule staminali umane utilizzando una tecnica recentemente sviluppata da Douglas Melton, un professore dell’Università di Harvard.

Dopo l’impianto, le cellule hanno immediatamente iniziato a produrre insulina in risposta ai livelli della glicemia e sono stati in grado di mantenerla sotto controllo per la durata dello studio: 174 giorni. “Le cellule possono percepire il glucosio e secernere insulina in modo controllato, alleviando la necessità di iniettare insulina.”

“I risultati combinati suggeriscono che queste capsule hanno un reale potenziale per proteggere le cellule trapiantate nei pazienti umani”, dice Robert Langer, professor al David H. Koch Institute del MIT.

Insulino-indipendenza

I ricercatori hanno ora in programma di testare ulteriormente i loro nuovi materiali nei primati non umani, con l’obiettivo di eseguire, alla fine, studi clinici in pazienti diabetici. In caso di successo, questo approccio potrebbe fornire la compensazione stabile della glicemia per tali pazienti. “Il nostro obiettivo è di continuare a lavorare sodo per tradurre questi risultati promettenti in una terapia che può aiutare le persone”, dice Anderson.

“Essere insulino-indipendente è l’obiettivo”, dice Anderson. Le cellule sono in grado di rilevare il glucosio e rilasciare insulina molto meglio di qualsiasi pezzo di tecnologia sviluppato fin’ora.”

I ricercatori stanno anche studiando il motivo per cui il loro nuovo materiale funziona così bene. Essi hanno scoperto che i materiali più performanti sono stati tutti modificati con molecole contenenti un gruppo con un anello triazolico contenente due atomi di carbonio e tre atomi di azoto. Sospettano che questa classe di molecole può interferire con la capacità del sistema immunitario a riconoscere il materiale come estraneo.