Terapie

Verso la cura: Il team di Rice sta creando un impianto che produce insulina per il diabete di tipo 1

I bioingegneri della Rice University stanno progettando un impianto vascolarizzato che produce insulina per il diabete di tipo 1. La studentessa laureata Madison Royse dimostra una configurazione di laboratorio per testare il flusso sanguigno attraverso idrogel stampati in 3D che possono essere trasformati in tessuto vivente.
CREDITO: RFoto di Jeff Fitlow/Rice University

JDRF finanzia la creazione di impianti per regolare automaticamente i livelli di glucosio nel sangue

I bioingegneri della Rice University stanno utilizzando la stampa 3D e biomateriali intelligenti per creare un impianto che produce insulina per i diabetici di tipo 1.

Pubblicità e progresso

Il progetto triennale è una partnership tra i laboratori di Omid Veiseh e Jordan Miller che è supportata da una sovvenzione di JDRF , il principale finanziatore globale della ricerca per il diabete tipo 1. Veiseh e Miller utilizzeranno cellule beta produttrici di insulina ricavate da cellule staminali umane per creare un impianto che rileva e regola i livelli di glucosio nel sangue rispondendo con la giusta quantità di insulina in un dato momento.

Veiseh, un assistente professore di bioingegneria, ha trascorso più di un decennio a sviluppare biomateriali che proteggono le terapie cellulari impiantate dal sistema immunitario. Miller, professore associato di bioingegneria, ha trascorso più di 15 anni alla ricerca di tecniche per stampare in 3D tessuti con vasi sanguigni o reti di vasi sanguigni.

“Se vogliamo davvero ricapitolare ciò che fa normalmente il pancreas, abbiamo bisogno del sistema vascolare”, ha detto Veiseh. “E questo è lo scopo della sovvenzione con JDRF. Il pancreas ha naturalmente tutti questi vasi sanguigni e le cellule sono organizzate in modi particolari nel pancreas. Jordan e io vogliamo stampare con lo stesso orientamento che esiste in natura”.

Il diabete di tipo 1 è una malattia autoimmune che fa sì che il pancreas smetta di produrre insulina, l’ormone che controlla i livelli di zucchero nel sangue. Circa 1,6 milioni di americani vivono con il diabete di tipo 1 e ogni giorno vengono diagnosticati più di 100 casi. Il diabete di tipo 1 può essere gestito con iniezioni di insulina. Ma bilanciare l’assunzione di insulina con il mangiare, l’esercizio fisico e altre attività è difficile. Gli studi stimano che meno di un terzo dei diabetici di tipo 1 negli Stati Uniti raggiunga costantemente i livelli target di glucosio nel sangue.

L’obiettivo di Veiseh e Miller è dimostrare che i loro impianti possono regolare adeguatamente i livelli di glucosio nel sangue dei topi diabetici per almeno sei mesi. Per fare ciò, dovranno dare alle loro cellule beta ingegnerizzate la capacità di rispondere ai rapidi cambiamenti dei livelli di zucchero nel sangue.

“Dobbiamo ottenere cellule impiantate in prossimità del flusso sanguigno in modo che le cellule beta possano percepire e rispondere rapidamente ai cambiamenti della glicemia”, ha detto Miller.

Idealmente, le cellule che producono insulina non saranno più di 100 micron da un vaso sanguigno, ha detto.

“Stiamo utilizzando una combinazione di pre-vascolarizzazione attraverso bioprinting 3D avanzato e rimodellamento vascolare mediato dall’ospite per dare a ciascun impianto diversi colpi all’integrazione dell’ospite”, ha affermato Miller.

Le cellule produttrici di insulina saranno protette con una formulazione di idrogel sviluppata da Veiseh, che è anche uno studioso dell’Istituto di ricerca e prevenzione del cancro del Texas. Il materiale idrogel, che si è dimostrato efficace per incapsulare i trattamenti cellulari in sfere delle dimensioni di una perlina, ha pori abbastanza piccoli da impedire alle cellule all’interno di essere attaccate dal sistema immunitario, ma abbastanza grandi da consentire il passaggio di sostanze nutritive e insulina vitale.

“I vasi sanguigni possono entrare al loro interno”, ha detto Veiseh dei compartimenti di idrogel. “Allo stesso tempo, abbiamo il nostro rivestimento, le nostre piccole molecole che impediscono al corpo di rifiutare il gel. Quindi dovrebbe armonizzarsi molto bene con il corpo”.

Se l’impianto è troppo lento per rispondere a livelli di zucchero nel sangue alti o bassi, il ritardo può produrre un effetto simile alle montagne russe, in cui i livelli di insulina aumentano e scendono ripetutamente a livelli pericolosi.

“Affrontare questo ritardo è un grosso problema in questo campo”, ha detto Veiseh. “Quando lanci al topo – e in definitiva a un essere umano – una sfida al glucosio che imita il consumo di un pasto, quanto tempo impiega quell’informazione per raggiungere le nostre cellule e quanto velocemente esce l’insulina?”

Incorporando vasi sanguigni nel loro impianto, lui e Miller sperano di consentire ai tessuti delle loro cellule beta di comportarsi in un modo che imita più da vicino il comportamento naturale del pancreas.

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