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Verso una cura? Un minuscolo impianto cura il diabete tipo 1 nei topi senza innescare la risposta immunitaria

Celle nel dispositivo. I ricercatori della Washington University School of Medicine di St. Louis e della Cornell University hanno collaborato per impiantare cellule beta secernenti insulina coltivate da cellule staminali umane in topi con diabete, per normalizzare il loro livello di zucchero nel sangue. Le cellule nella foto (in viola) si trovano all’interno di un minuscolo impianto abbastanza poroso da consentire a queste cellule di secernere insulina, ma abbastanza piccole da impedire alle cellule immunitarie di accedervi e distruggerle.
CREDITO: Xi Wang

Il dispositivo in nanofibre consente il rilascio di insulina mentre si difende dalle cellule immunitarie

Un team di ricercatori guidati da specialisti del diabete e ingegneri biomedici presso la Washington University School of Medicine di St. Louis e la Cornell University ha dimostrato che, utilizzando un minuscolo dispositivo, possono impiantare cellule che secernono insulina nei topi diabetici. Una volta impiantate, le cellule secernono insulina in risposta allo zucchero nel sangue, invertendo il diabete senza richiedere farmaci per sopprimere il sistema immunitario.

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I risultati sono pubblicati il ??2 giugno sulla rivista Science Translational Medicine. Un dispositivo di incapsulamento nanofibroso per la consegna sicura di cellule produttrici di insulina per il trattamento del diabete di tipo 1

“Possiamo prendere la pelle o le cellule adipose di una persona, trasformarle in cellule staminali e poi far crescere quelle cellule staminali in cellule che secernono insulina”, ha affermato Jeffrey R. Millman, PhD, professore associato di medicina presso la Washington University e uno dei ricercatori dello studio. co-investigatori senior. “Il problema è che nelle persone con diabete di tipo 1, il sistema immunitario attacca quelle cellule che secernono insulina e le distrugge. Per fornire quelle cellule come terapia, abbiamo bisogno di dispositivi per ospitare cellule che secernono insulina in risposta allo zucchero nel sangue, mentre anche proteggendo quelle cellule dalla risposta immunitaria.”

In precedenti ricerche, Millman, anche lui professore associato di ingegneria biomedica, ha sviluppato e affinato un metodo per produrre cellule staminali pluripotenti indotte e quindi far crescere quelle cellule staminali in cellule beta che secernono insulina. Millman in precedenza aveva utilizzato quelle cellule beta per invertire il diabete nei topi, ma non era chiaro come le cellule che secernono insulina potessero essere impiantate in modo sicuro nelle persone con diabete.

“Il dispositivo, che ha circa la larghezza di qualche ciocca di capelli, è microporoso, con aperture troppo piccole perché altre cellule possano entrarvi, quindi le cellule che secernono insulina di conseguenza non possono essere distrutte dalle cellule immunitarie, che sono più grandi delle aperture”, ha detto Millman. “Una delle sfide in questo scenario è proteggere le cellule all’interno dell’impianto senza farle morire di fame. Hanno ancora bisogno di nutrienti e ossigeno dal sangue per rimanere in vita. Con questo dispositivo, sembra che abbiamo creato qualcosa in quello che potresti chiamare un Riccioli d’oro. zona, dove le cellule potrebbero sentirsi proprio all’interno del dispositivo e rimanere sane e funzionali, rilasciando insulina in risposta ai livelli di zucchero nel sangue”.

Il laboratorio di Millman ha lavorato con i ricercatori del laboratorio di Minglin Ma, PhD, professore associato di ingegneria biomedica alla Cornell. Ma ha lavorato per sviluppare biomateriali che possano aiutare a impiantare le cellule beta in modo sicuro negli animali e, infine, nelle persone con diabete di tipo 1.

Negli ultimi anni sono stati provati diversi impianti, con vari livelli di successo. Per questo studio, Ma, l’altro ricercatore co-senior dello studio, ei suoi colleghi hanno sviluppato quello che chiamano un dispositivo di incapsulamento cellulare integrato con nanofibre (NICE). Hanno riempito gli impianti con cellule beta secernenti insulina che erano state prodotte da cellule staminali e poi hanno impiantato i dispositivi nell’addome di topi con diabete.

“Le proprietà strutturali, meccaniche e chimiche combinate del dispositivo che abbiamo usato hanno impedito ad altre cellule dei topi di isolare completamente l’impianto e, essenzialmente, di soffocarlo e renderlo inefficace”, ha detto Ma. “Gli impianti fluttuavano liberamente all’interno degli animali e quando li abbiamo rimossi dopo circa sei mesi, le cellule che secernono insulina all’interno degli impianti erano ancora funzionanti. E, soprattutto, è un dispositivo molto robusto e sicuro”.

Le cellule negli impianti hanno continuato a secernere insulina e controllare la glicemia nei topi fino a 200 giorni. E quelle cellule hanno continuato a funzionare nonostante il fatto che i topi non fossero stati trattati con nulla per sopprimere il loro sistema immunitario.

“Preferiremmo non dover sopprimere il sistema immunitario di qualcuno con i farmaci, perché ciò renderebbe il paziente vulnerabile alle infezioni”, ha detto Millman. “Il dispositivo che abbiamo usato in questi esperimenti ha protetto le cellule impiantate dal sistema immunitario dei topi e crediamo che dispositivi simili potrebbero funzionare allo stesso modo nelle persone con diabete insulino-dipendente”.

Millman e Ma sono riluttanti a prevedere quanto tempo potrebbe passare prima che una tale strategia possa essere impiegata clinicamente, ma hanno intenzione di continuare a lavorare per raggiungere tale obiettivo.

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Wang X, et al. Un dispositivo di incapsulamento nanofibroso per la consegna sicura di cellule produttrici di insulina per il trattamento del diabete di tipo 1. Science Translational Medicine, pubblicato online il 2 giugno 2021.

Questo lavoro è stato sostenuto dalla Novo Nordisk Co., dalla Hartwell Foundation e dalla Juvenile Diabetes Research Foundation. Ulteriori finanziamenti dal National Institute of Diabetes and Digestive and Kidney Diseases of the National Institutes of Health (NIH), concedono i numeri R01 DK105967, 5R01 DK114233 e T32 DK108742.

I 1.500 medici di facoltà della Washington University School of Medicine sono anche il personale medico degli ospedali Barnes-Jewish e St. Louis Children. La School of Medicine è leader nella ricerca medica, nell’insegnamento e nella cura dei pazienti, classificandosi costantemente tra le migliori scuole di medicina della nazione da US News & World Report. Attraverso le sue affiliazioni con gli ospedali Barnes-Jewish e St. Louis Children, la School of Medicine è collegata a BJC HealthCare.

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