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Le cellule impollinabili dell’isolotto hanno il loro apporto di ossigeno

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A partire dagli anni ’60, i ricercatori si sono interessati alla possibilità di trattare il diabete di tipo 1 trapiantando le cellule insulari – le cellule pancreatiche responsabili della produzione di insulina quando aumenta la concentrazione di glucosio nel sangue.

L’implementazione di questo approccio si è dimostrata comunque una sfida. Un ostacolo è che una volta trapiantate le isole, moriranno se non ricevono una quantità sufficiente di ossigeno . Ora, i ricercatori del MIT, che lavorano con una società chiamata Beta-O2 Technologies, hanno sviluppato e testato un dispositivo impiantabile che fornisce cellule isolanti con la propria riserva di ossigeno, attraverso una camera che può essere riempita ogni 24 ore.

“Fornire ossigeno a queste cellule è un problema difficile”, afferma Clark Colton, un professore di ingegneria chimica del MIT e autore senior dello studio. “I vantaggi di questo approccio sono: tieni in vita le isole per farle svolgere la loro funzione, non hai bisogno di tanto tessuto e riduci la capacità degli impianti di provocare una risposta immunitaria “.

I test di questi impianti nei ratti hanno dimostrato che quasi il 90% delle isole è rimasto vitale per diversi mesi e la maggior parte dei topi ha mantenuto normali livelli di glucosio nel sangue per tutto quel tempo.

Yoav Evron di Beta-O2 Technologies è l’autore principale dello studio, che appare nel numero di aprile di Scientific Reports .

Isolette di protezione

Il diabete di tipo 1 si verifica quando il sistema immunitario di un paziente distrugge le cellule dell’isolamento del pancreas, quindi il diabetico non può più produrre insulina, che è necessaria affinché l’organismo assorba lo zucchero dal sangue. I primi tentativi fatti trattare i pazienti trapiantando isolotti da cadaveri non hanno avuto successo perché le isole non sono sopravvissute dopo il trapianto.

Uno dei motivi per cui le isole trapiantate sono fallite è che erano state attaccate dal sistema immunitario dei pazienti. Per proteggere le cellule trapiantate, i ricercatori hanno iniziato a sviluppare impianti in cui le isole erano state incapsulate in un materiale come un polimero. Tuttavia, una sfida rimanente è fare in modo che le isole ricevano abbastanza ossigeno, dice Colton.

In un pancreas sano, tutte le cellule insulari vengono a contatto con i capillari, consentendo loro di ricevere sangue ricco di ossigeno, a una pressione parziale di ossigeno di circa 100 millimetri di mercurio (mm Hg). (La pressione parziale è una misura della concentrazione di un singolo gas all’interno di una miscela di gas). Quando i medici tentarono per la prima volta di trapiantare gli isolotti nei pazienti diabetici, molte delle cellule non avevano alcun contatto diretto con i capillari, quindi il loro apporto di ossigeno era troppo basso.

Ricerche precedenti nel laboratorio di Colton hanno scoperto che la superficie esterna delle isole deve essere esposta ad almeno 50 mm Hg di ossigeno per rimanere vitale e produrre normalmente insulina. Attraverso una serie di esperimenti, il team del MIT, collaborando con i ricercatori della Beta-O2 Technologies, ha determinato le condizioni operative del dispositivo necessario per mantenere in vita le isole e funzionare per lunghi periodi di tempo assemblati in una forma compatta sufficientemente piccola da essere impiantata in pazienti umani.

Nel dispositivo testato nella carta su Scientific Reports, le isole sono incapsulate in una lastra di alginato, un polisaccaride prodotto dalle alghe, con uno spessore di circa 600 micron. Una membrana su un lato della lastra tiene fuori le cellule immunitarie e le grandi proteine ??ma consente il passaggio dell’insulina, i nutrienti e l’ossigeno. Sotto la lastra si trova la camera a gas, di circa 5 millimetri di spessore, che trasporta gas atmosferici come azoto e anidride carbonica oltre all’ossigeno. L’ossigeno scorre dalla camera, attraverso la membrana semipermeabile, e negli isolotti incorporati nella lastra di alginato.

Quando l’ossigeno si diffonde attraverso la lastra, viene gradualmente consumato, quindi la pressione parziale dell’ossigeno scende continuamente. Per garantire che la pressione parziale rimanga di almeno 50 mm Hg per 24 ore, i ricercatori hanno scoperto che avevano bisogno di iniziare con una pressione parziale di ossigeno di 500 mm Hg nella camera a gas.

Dopo 24 ore, l’ apporto di ossigeno viene reintegrato attraverso una porta, un dispositivo impiantato sotto la pelle e collegato a un catetere che conduce alle isole incapsulate, che sono anche impiantate sotto la pelle.

Sopravvivenza a lungo termine

Nei test su topi diabetici senza immunosoppressione, i ricercatori hanno dimostrato che quasi il 90% delle isole è sopravvissuto all’intero periodo del trapianto, che variava da 11 settimane a otto mesi. Hanno anche scoperto che la maggior parte dei livelli glicemici di questi animali rimaneva normale mentre i dispositivi venivano impiantati, quindi rimbalzato a livelli diabetici dopo che erano stati rimossi.

Un altro vantaggio di questo approccio è che, poiché la maggior parte delle cellule delle isole si mantiene in vita, è meno probabile che provochino una risposta immunitaria. Quando le cellule muoiono, si rompono, e i frammenti risultanti di proteine ??e DNA hanno più probabilità di attirare l’attenzione del sistema immunitario.

“Mantenendo in vita le cellule, minimizzi la risposta immunitaria”, afferma Colton.

I ricercatori di Beta-O2 Technologies stanno ora lavorando su nuove versioni del dispositivo in cui una camera di stoccaggio dell’ossigeno viene impiantata sotto la pelle, separata dalle isole. Questa versione dovrebbe essere reintegrata solo una volta alla settimana, il che potrebbe essere più attraente per i pazienti.

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