Μια νέα ερευνητική προσέγγιση ανοίγει τον δρόμο για θεραπείες του διαβήτη που βασίζονται σε μεταμοσχευμένα κύτταρα παραγωγής ινσουλίνης, χωρίς την ανάγκη ισχυρής ανοσοκαταστολής. Η βασική ιδέα είναι να τοποθετούνται θεραπευτικά κύτταρα μέσα σε μια λεπτή, εύκαμπτη προστατευτική συσκευή, η οποία τα απομονώνει από το ανοσοποιητικό σύστημα αλλά εξακολουθεί να επιτρέπει τη δίοδο οξυγόνου και θρεπτικών συστατικών.
Η τεχνολογία αναπτύχθηκε από ερευνητές του MIT και στοχεύει όχι μόνο στον διαβήτη, αλλά και σε άλλες χρόνιες παθήσεις όπου απαιτείται συνεχής ή ελεγχόμενη χορήγηση πρωτεϊνών και ορμονών. Στα πειράματα, τα εγκλωβισμένα κύτταρα παρέμειναν λειτουργικά για μήνες, δείχνοντας ότι η προσέγγιση μπορεί να υποστηρίξει μακροχρόνια θεραπευτική χρήση.
Πώς μπορεί να αλλάξει η θεραπεία του διαβήτη
Στον διαβήτη τύπου 1, οι ασθενείς χρειάζονται συχνές ενέσεις ινσουλίνης για να διατηρούν τη γλυκόζη αίματος σε ασφαλή επίπεδα. Μία εναλλακτική στρατηγική είναι η μεταμόσχευση νησιδιακών κυττάρων, τα οποία αναλαμβάνουν να ανιχνεύουν την αύξηση του σακχάρου και να απελευθερώνουν ινσουλίνη όταν χρειάζεται.
Παρότι αυτή η μέθοδος έχει δείξει ότι μπορεί να είναι αποτελεσματική, η ευρύτερη χρήση της εμποδίζεται από ένα σοβαρό πρόβλημα: οι λήπτες πρέπει να λαμβάνουν ανοσοκατασταλτικά φάρμακα, ώστε ο οργανισμός τους να μην απορρίψει τα μεταμοσχευμένα κύτταρα. Τα φάρμακα αυτά αυξάνουν τον κίνδυνο λοιμώξεων και συνδέονται με σημαντικές ανεπιθύμητες ενέργειες.
Η νέα συσκευή σχεδιάστηκε ακριβώς για να παρακάμψει αυτό το εμπόδιο, αντί να αλλάζει η άμυνα του οργανισμού, προστατεύονται τα ίδια τα μεταμοσχευμένα κύτταρα μέσα σε ένα βιοσυμβατό περίβλημα.
Η δομή της προστατευτικής συσκευής
Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν ένα ελαστομερές υλικό με βάση το πυρίτιο, γνωστό ως πολυδιμεθυλοσιλοξάνιο. Το υλικό αυτό έχει μηχανικές ιδιότητες που προσεγγίζουν εκείνες των μαλακών ιστών και μπορεί να κατασκευαστεί σε πολύ λεπτή μορφή, ώστε να προσαρμόζεται καλύτερα στο σώμα και να τοποθετείται γύρω από όργανα.
Στην επιφάνεια της συσκευής προστέθηκε επίσης επικάλυψη με το μικρομοριακό φάρμακο THPT. Ο ρόλος του είναι να περιορίζει την ίνωση, δηλαδή τη δημιουργία ουλώδους ιστού γύρω από ξένα σώματα, μια αντίδραση που συχνά απομονώνει τα εμφυτεύματα και εμποδίζει τη σωστή λειτουργία τους.
Κρίσιμο στοιχείο του σχεδιασμού είναι η πορώδης μεμβράνη. Η μεμβράνη αυτή πρέπει να επιτρέπει τη διάχυση οξυγόνου, θρεπτικών ουσιών και των πρωτεϊνών που παράγουν τα κύτταρα, όπως η ινσουλίνη, χωρίς όμως να επιτρέπει την είσοδο ανοσοκυττάρων που θα μπορούσαν να τα καταστρέψουν.
Το βέλτιστο μέγεθος των πόρων
Για να βρουν τη σωστή ισορροπία, οι ερευνητές δοκίμασαν επικαλύψεις με πόρους από 400 νανόμετρα έως 3 μικρόμετρα. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι το πιο αποτελεσματικό εύρος ήταν από 800 νανόμετρα έως 1 μικρόμετρο.
Σε αυτό το μέγεθος, μικρά μόρια και οξυγόνο μπορούσαν να περάσουν επαρκώς προς τα εγκλωβισμένα κύτταρα, ενώ τα Τ κύτταρα του ανοσοποιητικού αποκλείονταν. Το εύρημα θεωρείται σημαντικό, επειδή μέχρι τώρα υπήρχε η εκτίμηση ότι πόροι κοντά στο 1 μικρόμετρο ίσως ήταν πολύ μεγάλοι για να προσφέρουν επαρκή προστασία από την ανοσολογική απόρριψη.
Τι έδειξαν τα πειράματα σε ζώα
Σε διαβητικά ποντίκια, μεταμοσχευμένα νησίδια αρουραίου που είχαν τοποθετηθεί μέσα στις μικροσυσκευές κατάφεραν να διατηρήσουν φυσιολογικά επίπεδα γλυκόζης για περισσότερο από 10 εβδομάδες. Το αποτέλεσμα αυτό δείχνει ότι η συσκευή δεν λειτουργεί μόνο ως προστατευτικό κέλυφος, αλλά επιτρέπει στα κύτταρα να παραμένουν ενεργά και θεραπευτικά χρήσιμα.
Η ομάδα δοκίμασε επίσης ανθρώπινα κύτταρα που είχαν τροποποιηθεί γενετικά ώστε να παράγουν ερυθροποιητίνη, γνωστή ως EPO. Η ορμόνη αυτή χρησιμοποιείται για την ενίσχυση της παραγωγής ερυθρών αιμοσφαιρίων και αξιοποιείται θεραπευτικά σε περιπτώσεις αναιμίας.
Τα ανθρώπινα αυτά κύτταρα παρέμειναν βιώσιμα στα ποντίκια για τουλάχιστον 19 εβδομάδες, δηλαδή σχεδόν πέντε μήνες. Παράλληλα, συνέχισαν να παράγουν υψηλά επίπεδα EPO, οδηγώντας σε αύξηση του αριθμού των ερυθρών αιμοσφαιρίων όσο διαρκούσε το πείραμα.
Παραγωγή φαρμάκων μόνο όταν χρειάζεται
Ένα ακόμη σημαντικό στοιχείο της μελέτης είναι ότι τα μεταμοσχευμένα κύτταρα μπορούν να προγραμματιστούν ώστε να ενεργοποιούνται μόνο υπό συγκεκριμένες συνθήκες. Στα πειράματα, τροποποιημένα κύτταρα άρχισαν να παράγουν EPO μόνο όταν στα ζώα χορηγήθηκε δοξυκυκλίνη.
Αυτό σημαίνει ότι η τεχνολογία μπορεί να εξελιχθεί σε ένα είδος «ζωντανού εργοστασίου φαρμάκων», το οποίο δεν εκκρίνει συνεχώς μια ουσία, αλλά ανταποκρίνεται σε ένα ελεγχόμενο εξωτερικό ερέθισμα. Μια τέτοια δυνατότητα θα μπορούσε να είναι ιδιαίτερα χρήσιμη σε παθήσεις όπου η θεραπεία πρέπει να προσαρμόζεται στις πραγματικές ανάγκες του ασθενούς.
- Παραγωγή ινσουλίνης σε ασθενείς με διαβήτη.
- Χορήγηση ορμονών ή θεραπευτικών πρωτεϊνών κατά απαίτηση.
- Μείωση ή αποφυγή ανοσοκατασταλτικών φαρμάκων.
- Πιθανή εφαρμογή σε χρόνιες παθήσεις όπως η αιμορροφιλία και η αναιμία.
Προοπτικές και επόμενα βήματα
Η ερευνητική ομάδα επικεντρώνεται τώρα κυρίως στον διαβήτη, επιδιώκοντας να αυξήσει ακόμη περισσότερο τη διάρκεια ζωής των μεταμοσχευμένων νησιδιακών κυττάρων. Αν αυτό επιτευχθεί, η προσέγγιση θα μπορούσε να αποτελέσει βάση για μακροχρόνιες θεραπείες με εμφυτεύσιμα κύτταρα που λειτουργούν σταθερά και με ασφάλεια.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Biomedical Engineering. Παράλληλα, η χρήση της επικάλυψης THPT για εμφυτεύσιμες συσκευές έχει ήδη κατοχυρωθεί με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και εξετάζεται η ανάπτυξη θεραπειών που βασίζονται σε αυτή τη λογική.
Αν η τεχνολογία επιβεβαιωθεί και σε επόμενα στάδια έρευνας, θα μπορούσε να προσφέρει ένα νέο μοντέλο θεραπείας: εμφυτεύματα με ζωντανά κύτταρα που προστατεύονται από τον οργανισμό, παραμένουν λειτουργικά για μεγάλο χρονικό διάστημα και χορηγούν ουσίες με βιολογικά πιο φυσικό τρόπο.
