Американские ученые достигли значительного успеха в области использования инженерных биоматериалов для лечения диабета 1 типа.

Инженеры Технологического института штата Джорджия (Georgia Institute of Technology, Georgia Tech) и врачи Университета Эмори (Emory University) успешно трансплантировали инсулин-продуцирующие клетки мышам с моделью диабета, обратив вспять симптомы заболевания всего за 10 дней.

Исследователи разработали биоматериал для защиты кластеров инсулин-продуцирующих клеток – донорских островков поджелудочной железы – во время их введения в организм. Кроме того, новый материал содержит белки, ускоряющие образование кровеносных сосудов, что позволяет клеткам успешно приживаться, расти и функционировать в организме.

«Это очень многообещающий результат», – считает руководитель проекта Андрес Гарсия (Andrés Garcia), профессор машиностроения Georgia Tech. «Он дает нам возможность не только обеспечить выживание и функционирование островков, но и лечить диабет, используя меньшее, чем обычно, их количество».

Диабет 1 типа – хроническое заболевание, причиной которого является недостаточная выработка поджелудочной железой гормона инсулина, переносящего сахара и другие питательные вещества в ткани, где они преобразуются в энергию, необходимую для выполнения клетками из многочисленных функций.

Большинство пациентов с диабетом 1 типа в настоящее время поддерживают уровень глюкозы в крови с помощью нескольких ежедневных инъекций инсулина или инсулиновой помпы. Но инсулинотерапия имеет свои ограничения. Чтобы быть эффективной, она требует тщательного измерения уровня глюкозы в крови, точных расчетов дозы и регулярности введения препарата. Успешная трансплантация островков устранила бы необходимость назначения инсулина. Однако, хотя клинические испытания таких трансплантаций имели определенный успех (контроль над уровнем глюкозы часто улучшался), у большинства пациентов симптомы заболевания возвращались.

Неудачи таких трансплантаций могут быть связаны с несколькими факторами. В частности, используемая сегодня технология инъекционного введения островков непосредственно в кровеносные сосуды печени является причиной гибели примерно половины клеток в результате реакций свертывания крови. Кроме того, попадая в организм, островки сталкиваются с проблемой «подключения» к кровеносным сосудам и с течением времени отмирают.

Трансплантированный мыши с моделью диабета 1 типа островок, доставленный в организм под защитой гидрогеля.
(Красные области – инсулин-продуцирующие клетки, зеленые – кровеносные сосуды, синие – ДНК в ядрах клеток). (Фото: Georgia Tech)

Исследователи спроектировали совместимый с биологическими тканями гидрогель, являющийся перспективным терапевтическим средством доставки. Этот набухающий в воде сшитый полимер окружает инсулин-продуцирующие клетки и защищает их во время введения. Содержащий островки гидрогель вводится не в сосуды печени, а во внешнюю поверхность тонкой кишки, что позволяет избежать инъецирования непосредственно в кровоток.

Попав в организм, гидрогель контролируемо разлагается, высвобождая белковый ростовой фактор, стимулирующий образование кровеносных сосудов и их интеграцию в трансплантированные островки. В проведенных экспериментах кровеносные сосуды эффективно прорастали в биоматериал и успешно «подключались» к инсулин-продуцирующим клеткам.

Через четыре недели после трансплантации у мышей с моделью диабета наблюдался нормальный уровень глюкозы, а доставленные островки были живы и васкуляризированы в той же степени, что и островки поджелудочной железы здоровых мышей. Кроме того, по сравнению с более ранними технологиями трансплантации, новый метод требует меньшего количества островков, что в условиях дефицита донорского материала позволяет врачам помочь большему числу пациентов. В настоящее время для пересадки одному пациенту требуются клетки, полученные от двух-трех трупов.

Хотя новый биоматериал и метод введения весьма перспективны, необходимо отметить, что эксперименты проводились на генетически идентичных мышах. Это означает, что ученые не столкнулись с проблемой иммунного отторжения. Теперь им предстоит получить ответ на вопрос, будут ли клетки, защищенные созданным ими иммунным барьером, приняты организмом генетически различных моделей мышей. В случае успеха планируется перейти к экспериментам на более крупных животных.

Статья об исследовании Vasculogenic bio-synthetic hydrogel for enhancement of pancreatic islet engraftment and function in type 1 diabetes опубликована в журнале Biomaterials.