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La tela del ragno ispira impianto rimovibile che può controllare il diabete di tipo 1

Per oltre un milione di americani che vivono con diabete di tipo 1, le iniezioni giornaliere di insulina sono letteralmente una questione di vita o di morte. E mentre non esiste una cura, un gruppo di ricerca guidato dalla Cornell University ha sviluppato un dispositivo che potrebbe rivoluzionare la gestione della malattia.

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Nel diabete di tipo 1, i gruppi di cellule pancreatiche (isole) che producono insulina sono distrutti dal sistema immunitario del corpo. Il gruppo di ricerca, guidato dal professor Minglin Ma del Dipartimento di Ingegneria Biologica e Ambientale, ha ideato un metodo ingegnoso per impiantare centinaia di migliaia di cellule insulari in un paziente. Sono protetti da un sottile rivestimento in idrogel e, cosa più importante, le celle rivestite sono attaccate a un filo di polimero e possono essere rimosse o sostituite facilmente quando sono sopravvissute alla loro impiego.

Il trapianto di cellule insule che producono insulina è un’alternativa alla terapia insulinica, ma richiede una somministrazione di farmaci immunosoppressivi a lungo termine. Un approccio ben studiato per evitare la risposta del sistema immunitario è quello di rivestire e proteggere le cellule in minuscole capsule di idrogel, centinaia di micron di diametro. Tuttavia, queste capsule non possono essere estratte dal corpo facilmente, dal momento che non sono collegate tra loro e ce ne sono centinaia di migliaia.

“Quando falliscono o muoiono, devono uscire”, afferma Ma. “Non vuoi mettere qualcosa nel corpo che non puoi estrarre, con il nostro metodo, non è un problema.”

Prendendo spunto dal modo in cui le perline d’acqua formano una ragnatela, Ma e la sua squadra ha prima tentato di collegare le capsule contenenti cellule insulari attraverso una stringa, ma si sono resi conto che sarebbe stato meglio posizionare lo strato di idrogel uniformemente attorno a una stringa. Quella corda: un filo polimerico nanoporoso a rilascio di calcio ionizzato.

Questo filo – che il gruppo ha soprannominato TRAFFIC (fibra di alginato rinforzata con filo per l’incapsulamento delle isole) – è stato ispirato dalla tela di un ragno ma, secondo Ma, è ancora meglio perché l’idrogel copre il filo in modo uniforme.

“Non hai spazi vuoti tra le capsule”, ha detto. “Con la seta di un ragno, hai ancora degli spazi vuoti tra le perle d’acqua, nel nostro caso le lacune sarebbero cattive in termini di tessuto cicatriziale e simili”.

Questa terapia comporterebbe un intervento laparoscopico minimamente invasivo per impiantare circa 3 metri di filo ricoperto di idrogel nella cavità peritoneale del paziente.

TRAFFIC ha ricevuto la protezione del brevetto con l’aiuto del gigante farmaceutico danese Novo Nordisk, che ha sviluppato l’insulina iniettabile più di 90 anni. Altri coautori includono il professore Dan Luo nel Dipartimento di Ingegneria Biologica e Ambientale, il ricercatore postdottorato Wei Song, gli studenti di dottorato Jason Lu e Yehudah Pardo, il postdoc di scienza delle fibre Dahua Shou, il professore di scienze nutrizionali Ling Qi e postdoc Yewei Ji.



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Sviluppata una stampante 3D all’avanguardia per cellule pancreatiche

Una stampante 3D sviluppata per aiutare le persone con diabete di tipo 1 potrebbe aiutare ad affrontare “grandi sfide cliniche”, dicono i ricercatori.

La stampante 3D per il trapianto di cellule pancreatiche (PICT) funziona distribuendo cellule isolotto che producono insulina . È stata sviluppato da un gruppo di ricerca australiano che lo ha donato al Royal Adelaide Hospital (RAH), diventando così il primo ospedale del paese a ricevere una tecnologia così all’avanguardia.

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Al momento, il trapianto di cellule di insule da donatori umani viene effettuato solo su persone che hanno gravi problemi di salute dal diabete di tipo 1, ma c’è sempre il rischio di rigetto del cellule ricevute dal donatore.

Per affrontare questo problema, il team di ricerca del Centro di eccellenza per elettromateriali ARC (ACES), con sede presso l’Università di Wollongong (UOW), ha incorporato nel kit un getto d’inchiostro a microvalvola, che aiuta a mantenere in posizione le celle delle isole. Questo affinché le celle della persona possano essere utilizzate durante tutto il processo.

Questo processo consente la deposizione simultanea di più materiali biologici, permettendo “organi personalizzati”, secondo il direttore RAH per il trapianto di reni e isole, il professor Toby Coates.

“La stampante PICT ci permetterà di creare organi personalizzati, mescolando le cellule da donatore con le cellule riceventi in un modo tridimensionale unico per fornire “organoidi” completamente nuovi per il trapianto sperimentale”, ha affermato Coates.

Il direttore esecutivo di ACES e il direttore dei materiali ANFF, Professor Gordon Wallace, hanno dichiarato: “l’ACES dell’Università di Wollongong ha creato una rete di ricerca clinica collaborativa che ci consente di affrontare grandi sfide cliniche e fornire soluzioni pratiche usando il bioprinting 3D.

” In collaborazione con il professor Toby Coates e il team al Royal Adelaide Hospital, abbiamo in programma di migliorare l’efficacia dei trapianti di cellule isolanti incapsulando cellule di isole donate in una struttura stampata in 3D, per proteggerle durante e dopo il trapianto. ”

Ulteriore sviluppo deve essere effettuato sulla stampante, finanziata da un Sovvenzione LIEF (Linkage, Infrastructure, Equipment and Facilities) del Consiglio di ricerca australiano.



Capsule piene di bilirubina migliorano la sopravvivenza delle cellule pancreatiche trapiantate

Incapsulando la bilirubina in piccole nanoparticelle, i ricercatori della North Carolina State University e della Ohio State University hanno migliorato il tasso di sopravvivenza delle cellule pancreatiche delle isole in vitro in un ambiente a basso ossigeno. Il lavoro ha implicazioni per il trattamento del diabete di tipo 1 sia nei cani che nei pazienti umani.

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I pazienti con diabete di tipo 1 non sono in grado di produrre abbastanza insulina in modo naturale. Un trattamento per il diabete di tipo 1 è il trapianto di isole pancreatiche, in cui vengono trapiantati nel paziente gruppi di cellule di un pancreas donatore, in cui possono percepire i livelli di glucosio e produrre insulina per controllare il diabete. Il trapianto di isole è attualmente l’unico trattamento curativo non invasivo per la malattia; tuttavia, lo svantaggio principale è l’alto tasso di morte cellulare dopo il trapianto.

A differenza di un trapianto di organi, in cui l’organo è collegato direttamente ai vasi sanguigni e ha un apporto di ossigeno immediato, le cellule delle isole trapiantate vengono semplicemente iniettate nel flusso sanguigno del ricevente e si depositano in piccole vene nel fegato, un ambiente a bassa ossigenazione in cui fino a 70 il percento delle cellule trapiantate muore entro 72 ore dalla procedura.

Chris Adin, attualmente professore associato di tessuti molli e chirurgia oncologica presso il College of Veterinary Medicine del NC State e precedentemente nello stato dell’Ohio, ha pensato che la risposta al salvataggio di queste cellule insulari trapiantate potrebbe risiedere in un antiossidante naturale – la bilirubina. “La bilirubina è una molecola presente in ogni cellula del nostro corpo”, dice Adin, “e anche se troppa può essere dannosa, può essere utile se integriamo le cellule con la giusta quantità di questa molecola”.

Quindi Adin si proponeva di vedere se l’aggiunta di bilirubina alle cellule dell’isolotto avrebbe aumentato i tassi di sopravvivenza dei trapianti. L’ostacolo principale era nel fornire la bilirubina alle cellule di interesse. Poiché la molecola non è molto solubile in acqua, non potrebbe essere efficacemente assorbita dalle cellule se fosse semplicemente aggiunta alla soluzione in cui si trovavano.

Xiaoming He, professore di ingegneria biomedica nello stato dell’Ohio, ha collaborato con Adin per progettare un veicolo di consegna per la bilirubina. La scelta si rivolge a una nanocapsula di plutonio 127-chitosano che racchiude la molecola di bilirubina, la quale viene prelevata dalla cellula isoletta e rilascia la bilirubina all’interno della cellula.

Lui e Adin hanno testato le loro particelle in vitro su cellule insulari che erano state coltivate in coltura ed esposte in ambienti a bassa ossigenazione. Hanno trovato che una dose di 5 bilirubina micromolare ha il massimo beneficio protettivo mentre ancora conserva la funzione delle cellule delle isole. In quelle cellule trattate, il tasso di mortalità a basso tenore di ossigeno è solo del 18%.

“Il tasso di mortalità cellulare da trapianti di isole è stato il principale ostacolo all’utilità di questa procedura”, dice Adin. “Queste nanocapsule forniscono un metodo di somministrazione di bilirubina che consente il dosaggio mirato, preservando sia le cellule che la loro funzionalità.”

I passi successivi di Adin includono la creazione di un programma di trattamento per i pazienti canini che può fungere da modello per l’uomo. “Ci sono tra 400.000 e 800.000 cani negli Stati Uniti con diabete di tipo 1”, dice. “Calcolare un trattamento per i cani non solo allevia la loro sofferenza, ma potrebbe portare a trattamenti migliorati anche per gli umani.”

Il lavoro appare nella rivista Cell Transplantation.



Il trapianto di cellule delle isole per il diabete di tipo 1: caratteristiche e chi può farlo?

Siamo vicino a una cura per il diabete?

I diabetici di tipo 1 (diabete mellito) non producono insulina – le cellule beta beta che producono insulina nel loro pancreas non funzionano correttamente per ragioni che non sono al 100 per cento chiare. Quindi l’unico modo per gestire i livelli dello zucchero nel sangue, si basa sull’insulina artificiale, iniettando insulina più volte al giorno o indossando una pompa d’insulina, applicando il conteggio dei carboidrati e spesso controllando lo zucchero nel sangue.

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Tuttavia, gli scienziati stanno esplorando la creazione di cellule di isole umane (cellule che producono insulina) dalle cellule staminali, allo scopo di trapiantarle per aiutare coloro che soffrono di diabete e tornare a fare insulina. Le cellule staminali autoctone sono un’area di ricerca in via di sviluppo e sono attualmente utilizzate negli studi sugli animali. Tuttavia, secondo gli Istituti Nazionali per Salute, esistono altri due tipi di trapianti di cellule isolate più forti che vengono utilizzati in pazienti selezionati con diabete.

Che cosa è il trapianto di isole?

Il trapianto delle cellule delle isole pancreatiche, noto anche come trapianto di cellule beta, è un processo in cui le beta, sia di donatori umani che di cellule create in laboratorio, sono trapiantate in una persona con diabete di tipo 1. La speranza è che esse secernano insulina e aiutino a regolare il glucosio nel sangue, come le cellule beta che normalmente funzionano i non diabetici.

Finora, i pazienti trapiantati con cellule isolate di donatori donatori possono essere resi insulino indipendenti per più anni.

Tuttavia, questa strategia è limitata a causa della scarsità e qualità delle cellule isolanti del donatore. Inoltre, è importante notare che il trapianto di cellule è una procedura sperimentale e resterà tale fino a quando la tecnologia del trapianto non sarà considerata sufficientemente efficace per essere definita terapeutica.

Attualmente esistono due tipi di trapianto.

Allo-trapianto

Questo tipo di trapianto comporta la presa di cellule isolane da un donatore defunto e la purificazione. Dopo la depurazione, le cellule vengono elaborate e trasferite nel destinatario.

Questo tipo di trapianto è stato utilizzato in alcuni pazienti con diabete di tipo 1 i cui zuccheri nel sangue sono molto difficili da controllare. Idealmente, il trapianto porterebbe a livelli normali di glucosio nel sangue senza l’uso di iniezioni o infusioni di insulina, o almeno ridurrebbe la quantità di insulina necessaria. Un altro obiettivo è quello di ridurre la non consapevolezza dell’ipoglicemia – una condizione pericolosa in cui le persone non possono sentire l’abbassamento glicemico.

I pazienti trapiantati ricevono in genere due infusioni con una media di 400.000 a 500.000 isole per infusione. Una volta impiantate, le cellule beta in questi isolotti iniziano a produrre e rilasciare l’insulina.

Quando si ricevono le cellule trapiantate occorre prendere farmaci immunosoppressivi per prevenire il rigetto. Questo può complicare il diabete perché nel tempo questi tipi di farmaci, come i corticosteroidi, possono aumentare la resistenza all’insulina, causando un incremento degli zuccheri nel sangue. Altri tipi di farmaci immunosoppressivi possono ridurre la capacità delle cellule beta di rilasciare l’insulina.

Infine, questi tipi di farmaci indeboliscono il sistema immunitario, il che può aumentare il rischio di infezione. Quindi, è chiaro che questo processo avviene con limitazioni e incertezze.

Gli Allo-trapianti non sono condotti in tutti gli ospedali. Tali strutture devono avere il permesso dell’American Food and Drug Administration (FDA) per la ricerca clinica sul trapianto di isole. Un medico specializzato in imaging, un radiologo, è in genere quello che esegue i trapianti. Utilizza immagini a raggi x e ultrasuoni per guidare il posizionamento di un catetere (un sottile tubo di plastica) attraverso una piccola incisione nello stomaco superiore nella vena del porta (una vena importante che fornisce il sangue al fegato).

Una volta che il catetere viene inserito nella posizione corretta, le cellule degli isolotti vengono lentamente fatte transitare. In genere, ai pazienti vengono somministrati anetetici locali e sedativi durante la procedura.

I ricercatori ritengono che i pazienti necessitino di circa 350 a 750 milioni di cellule per interrompere completamente l’insulina. Pertanto, la maggior parte dei pazienti necessita di trapianti multipli.

Auto-trapianto

Questo tipo di trapianto viene eseguito in seguito alla rimozione totale del pancreas (una pancreatectomia ) nei pazienti con pancreatite grave e cronica che non possono essere gestiti da altri trattamenti. L’idea è di mantenere la produzione di insulina e la secrezione perché la rimozione del pancreas può condurre una persona a sviluppare il diabete.

I pazienti con diabete di tipo 1 non possono ricevere questo tipo di trapianto.

Aspetti

Rispetto al trapianto di organi interiori, i trapianti di cellule degli isole sono molto meno invasivi. Il successo dell’allo trapianto migliorerà il controllo del glucosio nel sangue e limiterà o ridurrà l’uso dell’insulina per lunghi periodi di tempo. Ciò significa che i pazienti non dovrebbero iniettarsi insulina o infonderla attraverso una pompa più volte al giorno. Un migliore controllo dello zucchero nel sangue potenzialmente può ridurre o rallentare il rischio di complicanze del diabete come malattie cardiache, neuropatia associata al diabete (danni ai nervi) e  retinopatia (danni agli occhi).

Inoltre, con il allo trapianto nello stesso tempo, anche la funzione parziale dopo un trapianto può invertire l’ignoranza dell’ipoglicemia, aiutando i pazienti a sentire i sintomi quali la sudorazione, l’agitazione, l’aumento del battito cardiaco, l’ansia o la fame e curarli di conseguenza.

Rischi

La procedura di trapianto può aumentare il rischio di sanguinamento e coaguli di sangue. C’è anche la possibilità che le cellule trapiantate non funzionino bene o affatto. Inoltre, tutte le celle potrebbero non agire subito e possono richiedere tempo per iniziare a funzionare correttamente. Pertanto, i destinatari potrebbero aver bisogno di prendere l’insulina finché le cellule iniziano a funzionare correttamente.

C’è anche il rischio che la risposta autoimmune, che inizialmente distrusse le cellule naturali della persona possa essere nuovamente attivata, causando un attacco nelle nuove cellule. I ricercatori stanno attualmente cercando di indagare se l’utilizzo di altre aree del corpo per il trapianto può impedire che ciò accada.

Al fine di prevenire il rigetto delle cellule, è necessario prendere farmaci immunosoppressivi che abbassano il sistema immunitario. Questi farmaci possono anche aumentare gli zuccheri nel sangue. I farmaci immunosoppressivi non sono necessari nel caso di un auto trapianto perché le cellule infuse vengono dal corpo del paziente.

 

Limitazioni

Uno degli ostacoli principali è che c’è una carenza di cellule isolane dai donatori – molte volte non ci sono sufficienti cellule sane per il trapianto e non ci sono donatori sufficienti.

Come potete immaginare, questo tipo di procedura è anche costoso. Mentre i pazienti potrebbero risparmiare sull’insulina, i costi della procedura, degli appuntamenti e dei farmaci immunosoppressivi creano barriere finanziarie che impediscono l’uso diffuso di trapianto allo sullo stato isletico.

Aspettative future

Gli scienziati stanno lavorando duramente per perfezionare il trapianto di cellule delle isole. Ci sono alcune ricerche che presentano la capacità di creare cellule beta umane dalle cellule staminali in laboratorio. Si ritiene che queste cellule genererebbero una quantità maggiore di cellule isolate più efficienti. E anche se ci sono stati molti avanzamenti, molto lavoro deve essere fatto in questo settore prima che il trapianto diventi un’opzione terapeutica. Perfezionare questo metodo potrebbe portarci ad un passo più vicino nella cura del diabete.

fonti:

Istituto nazionale per il diabete. Trapianto di isole pancreatiche.

Pagliuca FW , et. al. Generazione di cellule funzionali di pancreas umane umane in vitro. Cell. 2014, ottobre 9; 159 (2): 428-39. doi: 10.1016 / j.cell.2014.09.040 .

Settima relazione annuale del trapianto di isole collaborative. Registro di trapianto colonnato.  https://web.emmes.com/study/isl//reports/01062012_7thAnnualReport.pdf

American Diabetes Association. Dati e Statistiche su Diabete .

JDRF. Un nuovo percorso alle cellule beta .



Trapianto isole: nuovo studio clinico annunciato dall’Istituto di ricerca City of Hope

diabetes researchIl nuovo Diabetes & Metabolism Research Institute al City of Hope in California, ha recentemente annunciato un nuovo studio clinico di fase 1/2 per gli adulti con diabete di tipo 1 che fornirà il trapianto di cellule isolotto.

I partecipanti devono aver avuto il diabete per più di 5 anni ed l’esperienza di frequenti episodi d’ipoglicemia o inconsapevolezza ipoglicemica.

“Siamo uno dei pochi programmi di trapianto di cellule insulari del paese,” ha detto in un comunicato stampa Fouad Kandeel, MD, PhD, presidente del dipartimento di clinica del diabete, endocrinologia e metabolismo al City of Hope, . “Questo processo, oltre a fornire una potenziale cura tanto necessaria per i pazienti con grave diabete di tipo 1, sarà anche fondamentale per aprire la porta ad altri studi importanti nell’affrontare le esigenze mediche di questi pazienti.”

Il trial valuterà l’efficacia del trapianto di isole pancreatiche come cura per il diabete di tipo 1, così come aiutare i ricercatori a comprendere meglio di rigetto delle cellule se e quando si verifica.

“La strategia di immuno-soppressione che viene utilizzata nel processo in corso è considerato un significativo miglioramento rispetto al protocollo utilizzato negli studi di trapianto di cellule insulari precedenti”, ha detto Kandeel.

Precedenti ricerche sulla strategia suggerisce che il trapianto si tradurrà in una migliore funzione delle cellule e cellule T regolatorie di ricambio.

In test precedenti il 60% dei pazienti ha prodotto insulina sufficiente 5 anni dopo il trapianto.

Ulteriori studi dovrebbero testare l’espansione ed educazione delle cellule T per proteggere le isole trapiantate e prevenirne la riattivazione.

P.S.: Desidero unirmi anch’io al ringraziamento fatto da Roberto a Camillo Ricordi. La memoria è corta e si fa presto a dimenticare ma se oggi il trapianto di isole è realtà che si sta sempre più consolidando come strumento per liberarsi a tempo, sempre più lungo, dalle iniezioni d’insulina, bene tutto questo lo si deve al professore Camillo Ricordi padre di questa metodica di trapianto. Camillo Ricordi è si un esimio scienziato italiano ma anche un poco nostro qui negli USA da molti anni ormai. Se riusciremo cercheremo di esserci il 23 a Bologna, dallo Stato di New York. Grazie Camillo!

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