Naukowcy z Penn State opracowali ultracienką hydrożelową powłokę, która może chronić przeszczepione komórki produkujące insulinę przed układem odpornościowym. U myszy z cukrzycą rozwiązanie pozwoliło utrzymać kontrolę glikemii przez ponad 100 dni bez ciągłego stosowania leków immunosupresyjnych. Wyniki badania opublikowano 14 sierpnia w „Nature Biomedical Engineering”.
Z tego artykułu dowiesz się…
- Jak biomimetyczna osłonka przejrzysta BZP może chronić przeszczepione wyspy trzustkowe przed układem odpornościowym.
- Jak ultracienka warstwa hydrożelu umożliwia komórkom dalsze uwalnianie insuliny bez konieczności ich bezpośredniego kontaktu z układem odpornościowym.
- Jak długo wyspy trzustkowe pokryte BZP kontrolowały poziom glukozy u myszy z cukrzycą i jak ich działanie wypadało na tle komórek bez ochronnej powłoki.
- Dlaczego wyniki badań na myszach nie oznaczają jeszcze, że metoda może zastąpić immunosupresję u osób z cukrzycą.
Terapia komórkowa cukrzycy ma istotne ograniczenie
Jednym z rozwijanych sposobów leczenia cukrzycy jest przeszczepianie wysp trzustkowych, czyli skupisk komórek zdolnych do wydzielania hormonów, w tym insuliny. Takie podejście może pomóc w kontroli stężenia glukozy bez konieczności polegania wyłącznie na podawaniu insuliny z zewnątrz.
Problemem pozostaje jednak reakcja układu odpornościowego. Organizm rozpoznaje komórki dawcy jako obce i może je zaatakować. Z tego powodu po transplantacji konieczne może być stosowanie leków immunosupresyjnych, które zwiększają podatność na infekcje i wiążą się z innymi poważnymi działaniami niepożądanymi.
Specyficzne skupiska komórek, zwane wysepkami, mogą uwalniać insulinę podtrzymującą poziom cukru w organizmach pacjentów z cukrzycą – powiedział prof. Yong Wang z Penn State. – Jednak te wysepki dawcy są atakowane przez układ odpornościowy pacjenta. Obecne opcje leczenia wymagają od pacjentów ciągłego przyjmowania leków immunosupresyjnych w celu zahamowania tej reakcji, co może prowadzić do poważnych skutków ubocznych, w tym raka.
Hydrożelowa „peleryna niewidzialności” ukrywa komórki
Zespół opracował biomimetyczną osłonkę przejrzystą, określaną jako BZP. Jest to bardzo cienka warstwa hydrożelu wzorowana na naturalnej osłonce przejrzystej (zona pellucida) otaczającej ludzką komórkę jajową. Pokrycie wysp trzustkowych hydrożelem ma swoisty efekt „peleryny niewidzialności”: komórki dawcy stają się mniej dostępne dla mechanizmów odpowiedzi immunologicznej.
Jednocześnie powłoka pozostaje przepuszczalna. Dzięki temu chronione komórki mogą nadal uwalniać insulinę i inne potrzebne cząsteczki. W założeniu rozwiązanie ma więc połączyć dwa elementy: ochronę przeszczepu przed układem odpornościowym i zachowanie jego funkcji terapeutycznej.
Nasze ciało jest niesamowite – naśladując naturalną, ultracienką powłokę tworzoną przez białka na komórkach jajowych, możemy wzmocnić i ochronić komórki przed przeszczepem terapeutycznym – powiedziała Kyungsene Lee, pierwsza autorka publikacji.
Osiem lat pracy nad warstwą cieńszą od ludzkiego włosa
Stworzenie odpowiedniej osłony wymagało około ośmiu lat prac. Jednym z największych wyzwań było uzyskanie hydrożelu, który przylegałby do zakrzywionej powierzchni żywych komórek i jednocześnie nie zakłócał ich działania. Ostatecznie naukowcy opracowali warstwę o grubości około 20 mikrometrów, a więc znacznie cieńszą od ludzkiego włosa.
Po potwierdzeniu zgodności rozwiązania z żywym materiałem badacze pokryli BZP wyspy trzustkowe, a następnie przeszczepili je myszom z cukrzycą. Poziom glukozy monitorowano przez 100 dni.
Poziom glukozy wrócił do normy w ciągu tygodnia
Efekty porównano z wynikami u nieleczonych myszy z cukrzycą oraz zwierząt, którym przeszczepiono wyspy trzustkowe bez ochronnej powłoki. U myszy otrzymujących wyspy pokryte BZP poziom glukozy powrócił do prawidłowych wartości w ciągu tygodnia. Co więcej, większość zwierząt pozostawała wolna od cukrzycy przez ponad 100 dni bez konieczności ciągłego podawania leków immunosupresyjnych.
Był to znacznie dłuższy efekt niż w przypadku komórek bez powłoki. Według prof. Wanga bez ogólnoustrojowej immunosupresji takie przeszczepy działają zazwyczaj około tygodnia lub krócej. Wyniki wskazują zatem, że odpowiednie fizyczne zabezpieczenie komórek może być alternatywnym sposobem ograniczenia odpowiedzi immunologicznej na przeszczep.
Czy „peleryny niewidzialności” zastąpią leki immunosupresyjne?
Na obecnym etapie nie można jeszcze stwierdzić, że BZP pozwoli leczyć cukrzycę u ludzi bez immunosupresji. Eksperyment przeprowadzono na zwierzętach, dlatego przed potencjalnym zastosowaniem klinicznym potrzebne będą kolejne badania dotyczące m.in. bezpieczeństwa i długoterminowej skuteczności. Naukowcy chcą również ustalić, jak długo pojedynczy przeszczep wysp trzustkowych zabezpieczonych BZP może pozostawać odporny na atak układu immunologicznego. Jeśli wyniki zostaną potwierdzone w dalszych badaniach, technologia może mieć znaczenie nie tylko dla terapii cukrzycy:
Ta technika może być przydatna w immunoterapii, przygotowując komórki do walki z chorobami przewlekłymi, lub w medycynie regeneracyjnej, stymulując wzrost komórek w celu regeneracji tkanek w uszkodzonych lub utraconych narządach – wyjaśnił Wang. – Mówiąc wprost, BZP może być niezwykle pomocny w szerokim spektrum zastosowań inżynierii biomedycznej.
Główne wnioski
- Naukowcy z Penn State opracowali biomimetyczną osłonkę przejrzystą BZP – hydrożelową warstwę o grubości około 20 mikrometrów, która ma chronić wyspy trzustkowe przed atakiem układu odpornościowego.
- U myszy z cukrzycą po przeszczepieniu wysp pokrytych BZP poziom glukozy powrócił do prawidłowych wartości w ciągu tygodnia, a większość zwierząt pozostawała wolna od cukrzycy przez ponad 100 dni.
- Efekt uzyskano bez konieczności ciągłego stosowania leków immunosupresyjnych. Dla porównania, nieosłonięte komórki bez ogólnoustrojowej immunosupresji działają zazwyczaj około tygodnia lub krócej.
- Badanie opublikowane w „Nature Biomedical Engineering” przeprowadzono na zwierzętach, dlatego przed zastosowaniem BZP w leczeniu cukrzycy u ludzi konieczne są dalsze badania przedkliniczne i kliniczne.
Źródło:
- Penn State
- https://www.nature.com/articles/s41551-026-01775-8
