Lo studio dell’Università del Minnesota fornisce un nuovo metodo di crioconservazione per superare i blocchi della catena di approvvigionamento nella cura del diabete tipo 1
I ricercatori dell’Università del Minnesota Twin Cities e Mayo Clinic sono stati in grado di immagazzinare minuscole goccioline incapsulate con cellule delle isole pancreatiche a temperature molto basse per un massimo di nove mesi e quindi utilizzare nuove tecniche di riscaldamento per riportarle al loro stato originale prima del trapianto. Questo video mostra un approccio studiato dal team, che utilizza i laser per riscaldare rapidamente le goccioline crioconservate degli isolotti. Documento su Nature Medicine: https://z.umn.edu/cryopreservation22
CREDITO: Zhan, L., Rao, JS, Sethia, N. et al., Università del Minnesota.
Ricercatori di ingegneria e medicina presso l’Università del Minnesota Twin Cities e Mayo Clinic hanno sviluppato un nuovo processo per conservare con successo cellule di isole pancreatiche specializzate a temperature molto basse e riscaldarle, consentendo il potenziale per on-demand trapianto di isole. La scoperta rivoluzionaria nella crioconservazione è un importante passo avanti nella cura del diabete.
Secondo i Centers for Disease Control and Prevention, il diabete è la settima causa di morte negli Stati Uniti, con quasi 90.000 decessi ogni anno. Sebbene la gestione del diabete sia notevolmente migliorata nel corso dei 100 anni dalla scoperta dell’insulina, anche i metodi più moderni rimangono un trattamento per la condizione piuttosto che una cura.
Il trapianto di cellule delle isole pancreatiche, un processo in cui i medici prelevano gruppi di cellule da un pancreas sano e li trasferiscono a un ricevente, che quindi inizia a produrre e rilasciare insulina da solo, è un metodo esplorato per curare il diabete. Uno dei principali limiti di questo approccio è che i trapianti da un singolo donatore sono spesso insufficienti per ottenere l’indipendenza dall’insulina nel ricevente. Frequentemente sono necessarie due, tre o più infusioni dell’isolotto del donatore, il che aggiunge rischi associati a ripetuti interventi chirurgici e cicli multipli di forte induzione dell’immunosoppressione.
Una strategia per superare il problema dell’offerta di donatori consiste nel raggruppare le isole di più donatori, ottenendo un dosaggio elevato delle isole con una singola infusione. Questo processo è limitato dall’impossibilità di conservare in sicurezza gli isolotti per lunghi periodi di tempo. Ricerche precedenti hanno dimostrato che la conservazione è limitata a 48-72 ore prima del trapianto.
In una nuova ricerca pubblicata su Nature Medicine , i ricercatori dell’Università del Minnesota hanno sviluppato un nuovo metodo di crioconservazione delle isole che risolve il problema dello stoccaggio consentendo la conservazione a lungo termine e controllata della qualità delle cellule delle isole che possono essere raggruppate e utilizzate per il trapianto.
Lo studio è stato condotto da John Bischof, PhD, un Distinguished McKnight University Professor e direttore dell’Institute for Engineering in Medicine dell’Università, ed Erik Finger , MD, PhD, professore associato di chirurgia presso la University of Minnesota Medical School, M Health Fairview. Sia Bischof che Finger fanno parte del National Science Foundation Engineering Research Center for Advanced Technologies for the Preservation of Biological Systems ( ATP-Bio ) e co-dirigono il Center for Organ Preservation presso l’Università del Minnesota.
Lo studio ha rilevato:
- Utilizzando un sistema di cryomesh specializzato, è stato rimosso il fluido crioprotettivo in eccesso, che ha consentito un rapido raffreddamento e riscaldamento dell’ordine di decine di migliaia di gradi al secondo, evitando la formazione di ghiaccio problematica e riducendo al minimo la tossicità.
- Questo nuovo metodo di crioconservazione ha dimostrato alti tassi di sopravvivenza cellulare e funzionalità (90% per le cellule delle isole di topo e circa l’87% per le cellule delle isole di maiale e umane), anche dopo nove mesi di conservazione. Lo stoccaggio con questo potenziale approccio di crioconservazione è teoricamente indefinito.
- Nei topi, il trapianto di queste cellule insulari crioconservate ha curato il diabete nel 92% dei riceventi entro 24-48 ore dopo il trapianto.
- Questi risultati suggeriscono che questo nuovo protocollo di crioconservazione può essere un potente mezzo per migliorare la catena di approvvigionamento delle isole, consentendo il raggruppamento di isole da più pancreas e migliorando così i risultati dei trapianti che possono curare il diabete.
“Il nostro lavoro fornisce il primo protocollo di crioconservazione delle isole che raggiunge simultaneamente un’elevata vitalità e funzionalità in un protocollo clinicamente scalabile”, ha affermato Bischof. “Questo metodo potrebbe rivoluzionare la catena di approvvigionamento per l’isolamento, l’allocazione e lo stoccaggio delle isole prima del trapianto. Attraverso il raggruppamento di isole crioconservate prima del trapianto da più pancreas, il metodo non solo curerà più pazienti, ma farà anche un uso migliore del prezioso dono dei pancreas dei donatori”.
I ricercatori hanno anche sottolineato che questo metodo ha la capacità di essere ampliato per raggiungere un gran numero di persone in tutto il mondo che soffrono di questa malattia progressivamente debilitante.
“Questo entusiasmante sviluppo da parte del nostro team di ricerca multidisciplinare porta approcci ingegneristici per risolvere un’importante sfida medica: la cura del diabete”, ha affermato Finger. “Nonostante decenni di ricerca, il trapianto di isole è rimasto ‘proprio dietro l’angolo;’ sempre con grandi promesse, ma mai del tutto a portata di mano. La nostra tecnica per la crioconservazione degli isolotti per il trapianto potrebbe essere un passo significativo verso il raggiungimento finale di questo nobile obiettivo”.
Oltre a Bischof e Finger, il team di ricerca comprendeva i co-primo autore post-dottorato dell’Università del Minnesota Li Zhan (ingegneria meccanica) e Joseph Sushil Rao (chirurgia). Facevano parte del gruppo di studio anche Nikhil Sethia (ingegneria chimica e scienza dei materiali), Zonghu Han (ingegneria meccanica), Diane Tobolt (chirurgia), Michael Etheridge (ingegneria meccanica) e Cari S. Dutcher (ingegneria meccanica; ingegneria chimica e materiali scienza). I ricercatori della Mayo Clinic che facevano parte del team includevano Michael Q. Slama e Quinn P. Peterson.
Questo lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni da Regenerative Medicine Minnesota, National Science Foundation e National Institutes of Health. Ulteriori finanziamenti sono stati forniti dallo Schulze Diabetes Institute dell’Università del Minnesota, dalla Divisione di Trapianti presso il Dipartimento di Chirurgia, dalla Cattedra Kuhrmeyer in Ingegneria Meccanica e dalla Cattedra Bakken presso l’Institute for Engineering in Medicine. I ricercatori riconoscono anche la JW Kieckhefer Foundation, la Stephen and Barbara Slaggie Family e la Khalifa Bin Zayed Al Nahyan Foundation per aver sostenuto questo lavoro. La struttura di caratterizzazione dell’Università del Minnesota è stata utilizzata in questa ricerca.
