I ricercatori guidati dal professor Martin ETH Fussenegger presso il Dipartimento di Scienza e Ingegneria Biosystems (D-BSSE) a Basilea hanno prodotto cellule beta artificiali usando un approccio ingegneristico semplice.
Le cellule beta artificiali possono fare tutto quello che fanno quelli naturali: essi misurano la concentrazione di glucosio nel sangue e producono abbastanza insulina per abbassare efficacemente il livello di zucchero nel sangue . I ricercatori ETH hanno presentato il loro sviluppo nell’ultima edizione della rivista Science.
Approcci precedenti erano basati sulle cellule staminali , che gli scienziati hanno permesso di maturare in cellule beta o con l’aggiunta di fattori di crescita o incorporando reti genetiche complesse.
Minore riprogrammazione di cellule HEK
Per il loro nuovo approccio, i ricercatori hanno utilizzato ETH una linea cellulare basata su cellule renali umane , le cellule HEK. I ricercatori hanno utilizzato le proteine di trasporto del glucosio naturale e canali del potassio nella membrana delle cellule HEK. Esse arricchite tramite una canalizzazione del calcio a voltaggio- dipendente voltaggio e un gene per la produzione di insulina e GLP-1, un ormone coinvolto nella regolazione della glicemia.
Interruttore di tensione provoca la produzione di insulina
Nelle cellule beta artificiali, la proteina naturale di trasporto del glucosio delle cellule HEK ‘trasferisce il glucosio dal sangue nell’interno della cellula. Quando il livello di zucchero nel sangue supera una certa soglia, i canali del potassio si chiudono. Questo inverte la distribuzione della tensione alla membrana, provocando l’apertura dei canali del calcio. Come il calcio fluisce, porta le cellule HEK ‘a incorporare la caduta di segnalazione, che porta alla produzione e secrezione di insulina o GLP-1.
I test iniziali delle cellule beta artificiali nei topi diabetici hanno rivelato che le celle sono state estremamente efficaci nell’assolvere la loro funzione: “Hanno lavorato meglio e più a lungo di qualsiasi soluzione ottenuta in qualsiasi parte del mondo fino ad ora”, dice Fussenegger. Quando impiantate in topi diabetici, le cellule HEK modificate hanno lavorato in modo affidabile per tre settimane, producendo una quantità sufficiente di messaggeri che regolano lo zucchero nel sangue livello.
Modellazione utile
Nello sviluppo delle cellule artificiali , i ricercatori hanno avuto l’aiuto di un modello di computer creato dai ricercatori che lavorano con Jörg Stelling, un altro professore del Dipartimento di ETH di Zurigo al Biosystems Science and Engineering (D-BSSE). Il modello permette predizioni sul comportamento delle cellule, che può essere verificato sperimentalmente. “I dati degli esperimenti e dei valori calcolati utilizzano modelli quasi identici”, afferma Fussenegger.
Lui e il suo gruppo hanno lavorato su soluzioni basate sulle biotecnologie per la terapia del diabete a lungo tempo. Diversi mesi fa, hanno svelato che le cellule beta erano state coltivate da cellule staminali dal tessuto adiposo di una persona. Questa tecnica è costosa, tuttavia, poiché le cellule beta devono essere prodotti individualmente per ogni paziente. La nuova soluzione sarebbe più conveniente, in quanto il sistema è adatto per tutti i diabetici.
La soluzione per il mercato è molto lontana
Resta incerto, però, quando le cellule beta artificiali raggiungeranno il mercato. In primo luogo devono essere sottoposte a varie prove cliniche prima che possano essere utilizzate negli esseri umani. Prove di questo tipo sono costose e con un arco di tempo impiegato nei vari test e verifiche che durerà non meno di dieci anni.
Il diabete sta diventando il moderno flagello dell’umanità. L’International Diabetes Federation stima che più di 640 milioni di persone nel mondo soffriranno di diabete entro il 2040. mezzo milione di persone sono colpite in Svizzera oggi, con 40.000 dei quali affetti da diabete di tipo 1, la forma in cui il sistema immunitario del corpo distrugge completamente la cellule beta produttrici di insulina.