In diesem Jahr wird die US Food and Drug Administration wird voraussichtlich Insel-Transplantationen als Behandlung für Menschen mit Typ-1-Diabetes zu genehmigen. Die Transplantate, die insulinproduzierende Zellen liefern, um die durch die Krankheit verlorenen Zellen zu ersetzen, wurden in den Vereinigten Staaten seit ihrer ersten Durchführung vor mehr als 20 Jahren als experimentell eingestuft. Insel-Transplantationen sind vielversprechend für die Behandlung von Typ-1-Diabetes, vor allem für das, was umgangssprachlich als „spröde Diabetes“ bekannt ist, in denen Patienten eine Menge Schwierigkeiten haben, ihren Blutzucker mit Insulin-Injektionen sicher zu verwalten, sagte Stanford interventionelle Radiologe Avnesh Thakor, MD, PhD, der Forschung auf Insel Biologie und Transplantation führt. Fast 1,6 Millionen Amerikaner haben Typ-1-Diabetes, und mehr als 70.000 sind wahrscheinlich gute Kandidaten für eine Insel-Transplantation.Aber Inselchen-Transplantationen kommen mit einer einzigartigen Reihe von technischen Herausforderungen, einschließlich der Gewährleistung, dass die Zellen genug Sauerstoff bekommen, um am Leben zu bleiben nach der Transplantation. Thakors Team hat sich kürzlich mit diesem Thema in einem Artikel befasst, der in Advanced Functional Materials veröffentlicht wurde.

Typ-1-Diabetes beeinträchtigt die Fähigkeit des Körpers, den Blutzucker zu regulieren. Zu Beginn der Krankheit greift das Immunsystem insulinproduzierende Betazellen in den Pankreaszellclustern an, die als Inseln bezeichnet werden; Dies hindert die Betazellen daran, das zuckerregulierende Hormon Insulin herzustellen. Die Transplantation gesunder Inseln von einem verstorbenen Spender bietet Patienten die Möglichkeit, etwas zu erleben, das einer Heilung für Diabetes ziemlich nahe kommt, obwohl sie immunsuppressive Medikamente einnehmen müssen, um die neuen Inseln sicher zu halten.

Inselchen-Transplantationen sind jedoch mit Komplexitäten konfrontiert, die andere Organtransplantationen nicht aufweisen.“Wenn man Inseln transplantiert, ist es nicht so, als würde man ein festes Organ wie ein Herz oder eine Niere transplantieren“, sagte Thakor zu mir. Während einer Organtransplantation werden die Blutgefäße des Organs chirurgisch mit dem Kreislaufsystem des Patienten verbunden. Das transplantierte Gewebe erhält sofort eine gute Durchblutung und viel Sauerstoff.

Bei einer Insel-Transplantation ist das anders. Bei einem gesunden Menschen sind die hormonproduzierenden Zellen, die den Blutzucker regulieren, in kleinen Klumpen oder „Inseln“ (daher ihr Name) in der gesamten Bauchspeicheldrüse verstreut. Bei der Transplantation werden nur die Inseln aus der Bauchspeicheldrüse eines verstorbenen Spenders isoliert und in die Leber des Empfängers injiziert. (Transplantierte Inseln werden nicht in die Bauchspeicheldrüse injiziert, da die Bauchspeicheldrüse ein heikles, zerbrechliches Organ ist, das auch Verdauungsenzyme produziert. Wenn Sie die Bauchspeicheldrüse stören, neigt sie dazu, Dinge zu verdauen. Nicht gut.)

Die transplantierten Inseln haben sich in der Leber niedergelassen, und neue Blutgefäße wachsen allmählich um sie herum.“Wenn wir sie injizieren, beten wir einfach und hoffen, dass sie rechtzeitig eine neue Blutversorgung bekommen, um sie am Leben zu erhalten, und das ist ein Problem“, sagte Thakor. Etwa 60% der transplantierten Inseln sterben in den ersten zwei Wochen nach der Transplantation, weil sie noch keine Blutversorgung aufgebaut haben und daher nicht genug Sauerstoff bekommen.

Also entwickelte Thakors Team ein Bioscaffold, das den Inseln eine sichere, stetige Sauerstoffversorgung gibt, bis neue Blutgefäße wachsen. Das Gerüst ist wie ein High-Tech-Wackelpudding-Salat: matschiges Zeug mit anderen darin eingebetteten Sachen. Der Jell-O-ähnliche Teil besteht aus Kollagen, was vorteilhaft ist, da es keine Immunantwort auslöst.

Das Gerüst hat Poren, die groß genug sind, damit sich die Inseln einnisten können, sowie kleinere Mikroporen, die das Nachwachsen der Blutgefäße steuern können. Und bei der wichtigsten Innovation des Teams haben die Forscher ein sauerstofferzeugendes Material namens Calciumperoxid in das Gerüst eingebettet. Nach der Transplantation zerfällt das Calciumperoxid allmählich und gibt den Zellen etwa zwei Wochen lang eine stetige Sauerstoffversorgung.

Die Forscher testeten ihr Bioscaffold an diabetischen Mäusen und implantierten Gerüste mit Inseln in ein Fettpolster jedes Tieres. Verglichen mit Tieren, die traditionelle Injektionen von Inseln erhielten, oder Tieren, die Inseln in Bioscaffolds erhielten, denen Calciumperoxid fehlte, hatten die Tiere, die Implantate von Inseln in sauerstofferzeugende Bioscaffolds erhielten, zwei, drei und vier Wochen nach der Transplantation die beste Blutzuckerkontrolle.

Thakors Team hofft, die Möglichkeiten des Bioscaffold noch weiter auszubauen. Zum Beispiel erforschen sie auch die Möglichkeit, Stammzellen in das Gerüst einzubetten, um das Wachstum neuer Blutgefäße zu den Inseln zu fördern. Eine andere Möglichkeit ist die Einbettung von Nanopartikeln, die Aminosäuren und andere Nährstoffe für die transplantierten Inseln freisetzen könnten.“Wir konzentrieren uns darauf, wie wir der maximalen Anzahl von Inseln helfen können, das Transplantationsverfahren zu überleben“, sagte Thakor. „Wir wollen die Mikroumgebung für diese Zellen optimieren, um ihre Transplantation, ihr Überleben und ihre Funktion beim Patienten zu erleichtern.“

Bild von Minerva Studio