Onderzoekers van de Universiteit van Toronto van de faculteit Technische Natuurwetenschappen hebben een methode ontwikkeld om de samenstelling van kunstmatige pancreatische eilandjes te verfijnen – het orgaan en de cellen die verantwoordelijk zijn voor het reguleren van de bloedglucose in het lichaam.
Het werk van het multidisciplinaire team van het Institute of Biomaterials and Biomedical Engineering (IBBME), de afdeling chemische engineering en toegepaste chemie en het Donnelly Centre for Cellular and Biomolecular Research zou het succespercentage van implanteerbare eilandjes voor de behandeling van mensen met diabetes kunnen verbeteren.
De studie, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Biomaterials, werd geleid door alumnus Alexander Vlahos in het lab van universitair professor Michael Sefton.
Bij een gezond individu zijn pancreatische eilandjes verantwoordelijk voor de secretie van insuline, die de glucosespiegel in het menselijk lichaam reguleert. Maar deze functie wordt ernstig bevochtigd bij mensen met diabetes, waar een aanzienlijk lagere insulineproductie, indien onbehandeld, kan leiden tot blindheid of nierfalen.
Recente ontwikkelingen hebben onderzoekers in staat gesteld kunstmatige eilandjes (ook pseudo-eilandjes genoemd) direct onder de huid te implanteren om normale glucosemodulatie bij dieren te regenereren. Dit biedt een langduriger en hands-off methode voor diabetesmanagement in tegenstelling tot herhaalde insuline-injecties.
“Het creëren van kunstmatige eilandjes geeft ons de mogelijkheid om een orgaan te maken dat beter is dan wat de natuur heeft geboden”, zegt Sefton, die ook uitvoerend directeur is van Medicine by Design.
“Eilandjes zijn geëvolueerd om onze bloedsuikerspiegel te beheersen en we hebben geleerd ze te transplanteren. We kunnen ze nu zo ontwerpen dat ze beter zijn dan de natuur wanneer ze worden getransplanteerd – om hun zuurstofverbruik per geproduceerde eenheid insuline te verminderen of om de reactie van de gastheer beter te weerstaan. ”
De onderzoekers oogstten eerst donoreilandjes en isoleerden de cellen die verantwoordelijk zijn voor de insulineproductie. De sleutel was om ze te combineren in een 3D-omgeving om op een eilandje te lijken. Deze kunstmatige eilandjes werden vervolgens opnieuw geïntroduceerd in een diabetisch dier om glucosespiegels te herstellen. De auteurs namen ook de juiste vorming van bloedvaten waar, een kenmerk van een gezonde regeneratie van een orgaan.
“Het slagingspercentage van transplantatie is afhankelijk van de gezondheid van het pseudo-eilandje”, zegt Vlahos. “De meeste eilandjescellen sterven snel na transplantatie. In onze studie hebben we een methode ontwikkeld om de grootte en samenstelling van het pseudo-eilandje te verfijnen om het succes van de implantatie te verbeteren. ”
“De volgende stap is het evalueren van de therapeutische impact van kunstmatige kunstmatige eilandjes”, zegt Sean Kinney, een promovendus bij IBBME. “Het uiteindelijke doel is om deze eilandjes in mensen te implanteren en ze tien jaar mee te laten gaan. Maar er zijn nog heel wat barrières die we nog moeten overwinnen. ”
Verbetering van het transplantatiesucces is volgens de onderzoekers cruciaal voor de vertaling van de technologie naar de kliniek. Vanwege de schaarste aan eilandjesdonoren is dit echter nog geen breed aanpasbare methode. Normaal zou voor één eilandtransplantatie drie donoren nodig zijn, maar als de transplantatiesnelheid beter is, kan het aantal worden teruggebracht tot één. Het team hoopt dat dit effectief het aantal patiënten kan verhogen dat deze methode kan dienen.
Het onderzoek werd onder meer ondersteund door de Canadese Institutes of Health Research.