Ricerca

Dal MIT un modo migliore per incapsulare le cellule delle isole per il trattamento del diabete tipo 1

Il farmaco cristallizzato previene il rigetto del sistema immunitario delle cellule di isole pancreatiche trapiantate.

Quando i dispositivi medici vengono impiantati in corpo, il sistema immunitario spesso li attacca, producendo tessuto cicatrizzato attorno al dispositivo. Questo accumulo di tessuto, noto come fibrosi, può interferire con la funzione del dispositivo.

I ricercatori del MIT hanno ora trovato un nuovo modo per prevenire la fibrosi, incorporando un farmaco immunosoppressore cristallizzato nei dispositivi. Dopo l’impianto, il farmaco viene lentamente secreto per smorzare la risposta immunitaria nell’area immediatamente circostante il dispositivo.

Abbiamo sviluppato una formulazione farmaceutica cristallizzata in grado di indirizzare i principali attori coinvolti nel rigetto dell’impianto, sopprimendoli localmente e consentendo al dispositivo di funzionare per più di un anno”, afferma Shady Farah, un MIT e Boston Children’s Hospital postdoc e co-first autrice dello studio.

I ricercatori hanno dimostrato che questi cristalli potrebbero migliorare notevolmente le prestazioni delle cellule insulari incapsulate, che stanno sviluppando come possibile trattamento per i pazienti con diabete di tipo 1. Tali cristalli potrebbero anche essere applicati a una varietà di altri dispositivi medici impiantabili, come pacemaker, stent o sensori.

L’ex postdoc del MIT Joshua Doloff, ora professore assistente di ingegneria biomedica e dei materiali e membro del Translational Tissue Engineering Center presso la Johns Hopkins University School of Medicine, è anche un autore principale del documento, che appare nel numero del 24 giugno di Nature materials. Daniel Anderson, professore associato presso il Dipartimento di ingegneria chimica del MIT e membro del Koch Institute del MIT per la ricerca sul cancro e l’Istituto per l’ingegneria e la scienza medica (IMES), è l’autore principale del documento.

Farmaco cristallino

Il laboratorio di Anderson è uno dei tanti gruppi di ricerca che lavorano sui modi per incapsulare le cellule dell’isoletta e trapiantarli in pazienti diabetici, nella speranza che tali cellule possano sostituire le cellule pancreatiche non funzionanti dei pazienti ed eliminare la necessità di iniezioni giornaliere di insulina.

La fibrosi è un grosso ostacolo a questo approccio, perché il tessuto cicatriziale può bloccare l’accesso delle cellule dell’isolotto all’ossigeno e ai nutrienti. In uno studio del 2017, Anderson e i suoi colleghi hanno dimostrato che la somministrazione sistemica di un farmaco che blocca i recettori cellulari per una proteina chiamata CSF-1 può prevenire la fibrosi sopprimendo la risposta immunitaria ai dispositivi impiantati. Questo farmaco si rivolge alle cellule immunitarie chiamate macrofagi, che sono le cellule primarie responsabili dell’avvio dell’infiammazione che porta alla fibrosi.

“Se hai un piccolo dispositivo impiantato nel tuo corpo, non vuoi che tutto il tuo corpo sia esposto a farmaci che incidono sul sistema immunitario, ed è per questo che siamo stati interessati a creare modi per rilasciare farmaci dal dispositivo stesso “, Dice Anderson.

Per ottenere ciò, i ricercatori hanno deciso di provare a cristallizzare i farmaci e quindi incorporarli nel dispositivo. Ciò consente alle molecole del farmaco di essere molto ben confezionate, permettendo la miniaturizzazione del dispositivo di rilascio del farmaco. Un altro vantaggio è che i cristalli impiegano molto tempo a dissolversi, consentendo una somministrazione a lungo termine del farmaco. Non tutti i farmaci possono essere facilmente cristallizzati, ma i ricercatori hanno scoperto che l’inibitore del recettore del CSF-1 che stavano usando può formare cristalli e che potrebbero controllare la dimensione e la forma dei cristalli, il che determina quanto tempo impiega il farmaco a scomporsi una volta nel corpo.

Celle isolette incapsulate

Per verificare se queste formulazioni cristalline di farmaci potessero aumentare l’efficacia delle cellule insulari incapsulate, i ricercatori hanno incorporato i cristalli di farmaco in sfere di alginato del diametro di 0,5 millimetri, che hanno usato per incapsulare le cellule. Quando tali sfere sono state trapiantate nell’addome o sotto la pelle dei topi diabetici, sono rimaste prive di fibrosi per più di un anno. Durante questo periodo, i topi non avevano bisogno di iniezioni di insulina, poiché le cellule delle isole erano in grado di controllare i loro livelli di zucchero nel sangue esattamente come farebbe il pancreas.

“Negli ultimi tre anni, il nostro team ha pubblicato sette articoli su riviste scientifiche – questo è il settimo – che chiariscono i meccanismi della biocompatibilità”, dice Robert Langer, David H. Koch Institute Professor al MIT e autore del paper. “Questi includono la comprensione delle cellule chiave e dei recettori coinvolti, le geometrie implantari ottimali e le posizioni fisiche nel corpo, e ora, in questo documento, molecole specifiche che possono conferire biocompatibilità. Presi insieme, speriamo che questi documenti aprano le porte a una nuova generazione di impianti biomedici per il trattamento del diabete e di altre malattie “.

“Non è stato utile solo per la nostra terapia cellulare delle isole, ma potrebbe anche essere utile per far funzionare un numero di dispositivi diversi a lungo termine”, afferma Anderson.

La ricerca è stata finanziata da JDRF, National Institutes of Health, Leona M. e Harry B. Helmsley Charitable Trust Foundation e Tayebati Family Foundation.

Altri autori del documento includono il ricercatore principale del MIT Peter Muller; Studenti del MIT Atieh Sadraei e Malia McAvoy; Affiliata alla ricerca del MIT Hye Jung Han; ex postdoc del MIT Katy Olafson; Socio tecnico del MIT Keval Vyas; ex studente del MIT Hok Hei Tam; MIT postdoc Piotr Kowalski; l’ex sottosegretario all’MIT Marissa Griffin e Ashley Meng; Jennifer Hollister-Locke e Gordon Weir del Joslin Diabetes Center; Adam Graham della Harvard University; James McGarrigle e Jose Oberholzer dell’Università dell’Illinois a Chicago; e Dale Greiner della University of Massachusetts Medical School.