Una microsfera che trasporta il farmaco all’interno di una microcapsula portatrice di cellule potrebbe essere la chiave per trapiantare cellule di pancreas di maiale insulino-secernenti in pazienti umani le cui cellule sono state distrutte dal diabete di tipo I.
In un nuovo studio in vitro condotto dagli ingegneri dell’Università dell’Illinois, le cellule che secernono insulina, chiamate isolette, hanno mostrato maggiore vitalità e funzionalità dopo aver trascorso 21 giorni in minuscole capsule contenenti capsule ancora più piccole contenenti un farmaco che rende le cellule più resistenti alla privazione dell’ossigeno. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Drug Delivery and Translational Research.
I ricercatori hanno esplorato i modi per trapiantare le isole pancreatiche per il trattamento del diabete di tipo I a lungo termine, eliminando la necessità di monitoraggio continuo del glucosio e di iniezioni di insulina. Tuttavia, ci sono una serie di sfide a questo approccio.
“In primo luogo, sono necessarie isole vitali che sono anche funzionali, in modo che da secernere insulina quando esposte al glucosio”, ha detto il professore di ingegneria elettronica e informatica dell’Illinois Kyekyoon “Kevin” Kim, il leader del nuovo studio. Gli isolotti dagli esseri umani sono scarsi, ha detto, ma il tessuto del maiale è abbondante e l’insulina di maiale è stata usata per curare il diabete sin dagli anni ’20.
Una volta isolate le isole dal tessuto, la prossima grande sfida è mantenerle vive e funzionanti dopo il trapianto.
Per impedire alle cellule trapiantate di interagire con il sistema immunitario del ricevente, queste vengono confezionate in piccole capsule semipermeabili. Le dimensioni e la porosità della capsula sono importanti per consentire all’ossigeno e ai nutrienti di raggiungere le isole mentre tengono fuori le cellule immunitarie.
“Le prime settimane dopo il trapianto sono molto importanti perché queste isole hanno bisogno di ossigeno e sostanze nutritive, ma non hanno vasi sanguigni per fornirle”, ha detto Hyungsoo Choi, co-leader dello studio e ricercatore senior in ingegneria elettriconica e informatica all’Illinois . “Più criticamente, la mancanza di ossigeno è molto tossica, si chiama ipossia e distruggerà le isole”.
Kim e Choi hanno sviluppato metodi per realizzare tali microcapsule per varie applicazioni ingegneristiche e si sono resi conto che potrebbero usare le stesse tecniche per creare microcapsule per applicazioni biologiche, come il rilascio di farmaci e il trapianto di cellule. Il loro metodo consente loro di utilizzare materiali ad alta viscosità, per controllare con precisione le dimensioni e le proporzioni delle capsule e per produrre microcapsule di dimensioni uniformi con un elevato rendimento.
“Per un paziente tipico occorrono circa 2 milioni di capsule: la produzione con qualsiasi altro metodo che conosciamo non è in grado di soddisfare facilmente tale richiesta, abbiamo dimostrato che siamo in grado di produrre 2 milioni di capsule nell’arco di 20 minuti o giù di lì”, ha affermato Kim .
Con tale controllo e un’elevata capacità produttiva, i ricercatori sono stati in grado di produrre microsfere sottili che sono caricate con un farmaco il quale migliora la vitalità cellulare e che funzionano in condizioni di ipossia. Le microsfere sono state progettate per fornire un rilascio prolungato del farmaco per 21 giorni. I ricercatori hanno confezionato le isole di maiale e le microsfere insieme all’interno di microcapsule e nelle successive tre settimane le hanno confrontate con isole incapsulate che non avevano le microsfere contenenti farmaci.
Dopo 21 giorni, circa il 71% delle isolette confezionate con le microsfere a rilascio di farmaco rimanevano vitali, mentre solo il 45% circa delle isole incapsulate era sopravvissuto. Le cellule con le microsfere hanno anche mantenuto la loro capacità di produrre insulina in risposta al glucosio ad un livello significativamente più alto rispetto a quelle senza le microsfere.
Successivamente, i ricercatori sperano di testare la loro tecnica di microsfere all’interno di una microcapsula in piccoli animali prima di guardare a prove su animali o umani più estese.