Как изследователите подобряват оцеляването на клетките след трансплантацията

Въпреки това, голямо предизвикателство остава: осигуряване на трансплантираните клетки оцеляват и функционират ефективно с течение на времето. Последните изследвания са фокусирани върху различни стратегии за подобряване на оцеляването на островните клетки след трансплантация, увеличаване на степента на успех на това обещаващо лечение. Полето напредва бързо, с пробиви в биоматериали, генно редактиране и имуномодулиране, което налага границите на това, което е възможно. Тази статия изследва основните предизвикателства пред островната трансплантация и иновативните подходи, които изследователите предприемат, за да ги преодолеят, в крайна сметка цел да направят тази терапия трайна, основна възможност за хората, живеещи с диабет тип 1.

Разбиране на трансплантацията на клетки в островни клетки

След като се зареди, тези клетки могат да усетят нивата на кръвната глюкоза и да отделят инсулина съответно, имитирайки естествената регулаторна функция на здрав панкреас. Процедурата обикновено се извършва под местна анестезия и включва катетър, поставен в порталната вена, който доставя островните клетки на черния дроб. В продължение на седмици клетките установяват кръвоснабдяване и започват да произвеждат инсулин. За много получатели резултатът може да бъде драматично намаляване на тежки хипогликемични епизоди и подобряване на гликемичния контрол, често позволяващо им да намалят или дори да спрат външни инсулинови инжекции. Въпреки това, въпреки че неговият животопроменящ се потенциал, процедурата все още не е стандартен лек. Дългосрочен успех остава ограничен, и повечето трансплантирани се нуждаят от множество инфузии за постигане на постоянна инсулинова независимост.

Предизвикателства пред оцеляването на островните клетки

Основните пречки пред оцеляването на островните клетки включват имунно отхвърляне, липса на кръвоснабдяване и враждебна среда в тялото на получателя. Тези фактори могат да доведат до възпаление, апоптоза и клетъчна смърт, намаляване на ефективността на трансплантацията. Разбирането на тези бариери е от решаващо значение за проектирането на интервенции, които могат да защитят клетките и да разширят функционалния им живот.

Имунно отхвърляне

В резултат на това, имунната система често атакува трансплантираните клетки, възприемайки ги като чужди. Дори и при използването на имуносупресивни лекарства, имунният отговор може да бъде бърз и разрушителен. Както вродените и адаптивните оръжия на имунната система играят роли: макрофаги и неутрофили проникват в мястото на трансплантация в рамките на часове, освобождавайки провъзпалителни цитокини, които увреждат изолаторите. По-късно, Т клетки и антитела се насочват към антигени донори, което води до хронично отхвърляне.

Ограничени кръвоснабдяване и хипоксия

След трансплантация, островните клетки изискват бърза реваскуларизация, за да получат кислород и хранителни вещества. Забавянията или неуспехите в растежа на кръвоносните съдове могат да доведат до клетъчна смърт. В черния дроб, островните клетки се депозират в порталната венозна система, където се поставят в малки синусоиди. Тези места са относително хипоксични в сравнение с местния панкреас, който има богата капилярна мрежа. Островните клетки са силно метаболитни активни и чувствителни към кислородна липса. Без силен и бърз процес на реваскуларизация, клетките преминават хипоксична травма и некроза. Експерименталните проучвания показват, че реваскуларизацията започва в рамките на дни, но може да отнеме до две седмици; по време на този прозорец много островни клетки са загубени.

Възпламенителната микроекологична среда

Веднага-медиираният кръв-възпалителна реакция (IBMIR) се случва, когато вливаният излет влезе в контакт с кръв, активиране на комплемента каскада и коагулационни пътища. Това води до образуване на съсиреци и набиране на имунни клетки на островната повърхност, причинява ранно унищожаване. Освен това, черния дроб резидентни имунни клетки, включително клетки Kupffer, освобождаване на възпалителни цитокини, които допълнително компромисни остров жизнеспособност. Комбинацията от хипоксия, имунна атака, и възпаление създава враждебна микросреда, която предизвиква дори най-здравите островни препарати.

Иновативни стратегии за подобряване

Изследователите изследват множество подходи за подобряване на оцеляването на островните клетки, като всяка от тях се насочва към различен аспект на проблема. Те включват техники за капсулиране, генетична модификация, насърчаване на реваскуларизация и имуномодулация. Много от тези стратегии се тестват в комбинация, за да се осигури многопластова защита за трансплантираните клетки.

Техники на капсулиране

Инкапсулацията включва енкасиране на изолирани клетки в биосъвместими материали, за да ги предпази от имунна атака. Целта е да се създаде полупропусклива бариера, която позволява кислород, глюкоза и инсулин да преминават през докато блокират по-големи имунни молекули и клетки. Два основни вида съществуват: макроенкапсулуване, където много островчета се поставят в голямо устройство (често имплантирани под кожата или в перитонеума), и микроенкапсулиране, където отделни островчета са покрити с тънък слой хидрогел, обикновено алгинат, получен от водорасли. Напредъкът в алгинатната химия са произвели формули, които намаляват фибротичната свръхрастеж и поддържат дългосрочна пропускливост. Компании като Вийт (сега част от Vertex Pharmaceuticals) се развиват стволови клетки, които се заплитат в устройства, които са понастоящем в клинични проучвания.

Генетично изменение

Генетична модификация предлага мощен инструмент за директно подобряване на устойчивостта на островните клетки. Учените използват техники като CRISPR-Cas9 за редактиране на изолти клетки преди трансплантацията, вмъкване на гени, които придават резистентност към имунно отхвърляне или подобряване на метаболитната функция. Например, вмъкването на гени за антиаптотични протеини (напр. Bcl-2) или за ензими, които неутрализират реактивните кислородни видове могат да помогнат на излетите да издържат оксидативния стрес в черния дроб. Изследователите също развиват го-имунно-уловентно-наклоняване на повърхността, за да индуцират локалното потискане на имунната система без системни странични ефекти.

Насърчаване на реваскуларизацията

За да се отговори на критичния проблем с ограниченото кръвоснабдяване, изследователите работят по насърчаване на бърза реваскуларизация около трансплантираните островни острови. Това включва фактори на растежа като фактор на съдовия ендотелен растеж (VEGF) и фактора на растеж на фибробластите (FGF) в мястото на трансплантация. Стратегиите включват покритие на островните излети с хепарин-обвързващи VEGF, вграждане на растежни фактори, освобождаващи микросфери в подготовката на островния разтвор или използване на генна терапия, за да се създадат изоложки ангиогенни фактори. Друг иновативен подход е котрансплантиращите островни клетки с мезенхимни стволови клетки (MSCs), които естествено произвеждат редица трофични фактори, които поддържат ангиогенезата и имунната модулация. Клиничните проучвания показват, че MSCs могат да подобрят ендукция и функция и да бъдат тествани в продължаващи проучвания.

Имуномодулация

Имуномодулацията има за цел да контролира имунния отговор по-специално от широката имуносупресия, намалявайки страничните ефекти, докато се защитават островните клетки. Проучват се няколко стратегии. Единият е свързан с предизвикване на регулаторни T клетки (Tregs), които потискат ефектор T клетки, които не позволяват на антигените донори. Вливания на разширени автоложни Tregs заедно с Islet трансплантация се изпитват в ранните фази клинични проучвания. Друг подход използва костимулиращи блокиращи агенти като belatacept да инхибират активирането на T клетки без нефротоксични ефекти на калциневринови инхибитори. Моноклонални антитела срещу CD3, CD20 или компоненти, допълващи са показали обещание в предклинични модели. Освен това, местните имуномодулиращи вещества, които потискат директно към мястото на на насад, използвайки бавно отпадане на маркерин могат да паднат в организма.

Ролята на хипоксия и кислород доставка

Хипоксия е централен двигател на островна клетъчна смърт в непосредствено след трансплантацията. Дори и с усилията за реваскуларизация, най-ранните дни са критични. Изследователите също разследват методите за директно добавяне на кислород. Например, макрокапсуловъчните устройства могат да бъдат свързани с външен източник на кислород или снабдени с кислород-генераторни материали. Едно такова устройство, βAir (от Бета O2 технологии), използва вътрешна кислородна камера, която се презарежда чрез подкожно порт. Клиничните проучвания показват, че това устройство може да поддържа човешката островна функция за повече от година, въпреки че изисква ежедневно зареждане на кислород.

Алтернативни места за трансплантация

Докато черният дроб е стандартната зона за островна инфузия, тя е далеч от идеалния. Черният дроб е хипоксичен, съдържа имунни клетки, и индивидите се спускат към високи концентрации на портална кръв, която може да ги увреди. Изследователите проучват алтернативни места като оментум, подкожните пространства, стомашната субмукоза, и дори костния мозък. Оменът е особено обещаващ, защото има богат приток на кръв и висок капацитет за ангиогенеза. В предклинични проучвания и малки клинични проучвания, се трансплантират в омента показва подобрена преживяемост и функция. Подкожният интервал предлага предимството на лесното достъп и наблюдение, но ограничената му съдовост изисква модификация със скелети или растежни фактори. Друг вълнуващ вариант е използването на "биоартификационен панкреас" устройство, което се имплантира в защитена среда, често имплантирани в подкожните помещения, с пристанища за кислород и хранителни вещества. Тези устройства са насочени към клинични тестове и в крайна сметка биха могли да осигурят безопасна платформа за трансплантация.

Клинични изпитвания и транслационен прогрес

Напредъкът в преживяемостта на островните клетки се превежда в клиниката. Няколко продължаващи клинични проучвания изследват тези стратегии от глава до глава. Например NCT03920397 проучване оценява използването на нова технология за капсулуване при пациенти с диабет тип 1. Друго проучване изследва комбинацията от островна трансплантация с MSC коинфузия за подобряване на резултатите. Данните от тези проучвания се очакват през следващите години. Междувременно, Консорциумът за трансплантация на клинични Острови (CIT) е установил стандартизирани протоколи, които са подобрили общата успеваемост, с много центрове, отчитащи инсулиновата независимост над 50% след една година. Въвеждането на нови имуносупресивни схеми, като T-клетките деградиращи агенти и belatacept, има намалена честота на загуба на присадка. Въпреки това, издръжливост остава ключовата пречка; от пет години, само малцинство пациенти остават инсулин-иннезависими.

Бъдещият поглед и заключение

За да се постигне по-устойчиво и ефективно изолационно изследване, целта е да се направи това лечение жизнеспособна дългосрочно решение за хора с диабет тип 1, намаляване на зависимостта от инсулин инжекции и подобряване на качеството на живот. Конвергенцията на тези технологии предполага, че функционалното лечение може да бъде постижимо през следващото десетилетие. Например, Университетът на Маями за изследване на диабета е водещ в усилията си да се създаде "защитен клетъчен продукт," използвайки стволови клетки, които се съхраняват в биосъвместимо устройство, което включва доставка на кислород и имуномодулация. По същия начин, Vertex Фармацевтика е да се избегне напълно чрез използване на клетъчна терапия програма, използвайки стволови клетки, е кът без капсулуване, на имуносупресията, за да се защитят клетките и ранните резултати са били обещаващи.