Comprender las células de los donadores y su papel clínico

Para los pacientes que viven con diabetes tipo 1, la pérdida de células beta que producen insulina transforma una función biológica rutinaria en un cálculo médico constante. Los niveles de glucosa sanguínea que se elevan o caen peligrosamente pueden conducir a complicaciones que van desde la neuropatía hasta el coma. Mientras que la terapia de insulina exógena sigue siendo el estándar de atención, no puede replicar la capacidad de respuesta en tiempo real de un páncreas.

¿Qué son las células de donante?

El páncreas, un órgano de aproximadamente seis pulgadas de largo ubicado detrás del estómago, realiza dos trabajos distintos. Su tejido exocrino produce enzimas digestivas, mientras que su tejido endocrino -los islotes de Langerhans- produce hormonas que regulan el metabolismo. A pesar de representar sólo 1 a 2 por ciento de la masa pancreática total, las islotes están empaquetadas densamente con células especializadas que trabajan en conciertos para mantener un solo 50 millones de diámetro.

Cada islote es un microorgan que contiene varios tipos de células con funciones distintas:

  • ]Las células beta constituyen entre el 50 y el 70 por ciento de las células islotes y son la única fuente de insulina en el cuerpo. Sentían niveles de glucosa en sangre y liberan insulina en un patrón bifásico: una primera fase rápida en minutos de una comida, seguida de una segunda fase sostenida que continúa hasta que la glucosa regrese a la base.
  • Las células alfa producen glucago, la hormona contrarregulatoria que eleva la glucosa sanguínea estimulando la descomposición de glucogeno en el hígado. La función de células alfa sana es esencial para prevenir la hipoglucemia.
  • ]Células de delta secretan somatostatina, que actúa localmente para modular la liberación de la insulina y el glucago, proporcionando un ajuste fino dentro del microambiente de islotes.
  • Las células de la PPP producen polipéptido pancreático, una hormona que se dedica a la regulación del apetito y la función digestiva.

En la diabetes tipo 1, el sistema inmunitario identifica erróneamente las células beta como extranjeras y las destruye mediante una combinación de autoanticuerpos y células T citotóxicas. Una vez que se pierden el 80 al 90 por ciento de las células beta, falla la regulación de la glucosa en sangre. Los pacientes se vuelven dependientes de la insulina exógena para la supervivencia.

El proceso de aislamiento de islotes

Transplantar un páncreas entero es una opción, pero es un procedimiento quirúrgico importante con riesgos significativos. El trasplante de islotes, por el contrario, es una infusión mínimamente invasiva. Sin embargo, extraer islotes del páncreas es un proceso técnicamente exigente que debe completarse bajo restricciones de tiempo ajustados.

El procedimiento comienza con ] la recuperación del páncreas. El páncreas donante es extirpado quirúrgicamente y transportado a una instalación certificada de aislamiento de islotes. El tiempo de isquemia fría —el tiempo entre la recuperación de órganos y el aislamiento— debe mantenerse bajo 8 a 10 horas para mantener la viabilidad de islotes.

En la instalación de aislamiento, el páncreas se somete a la digestión enzimática . La proteasa coagagenasa y neutral se infunden a través del conducto pancreático para descomponer la matriz extracelular que sostiene los islotes dentro del tejido exocrino. Esta digestión es cuidadosamente monitorizada bajo un microscopio; si procede demasiado lejos, los islotes son dañados,

El digesto resultante contiene una mezcla de islotes, células exocrinas y escombros. La purificación se logra utilizando centrifugación de grado de densidad. El digest se enmarca en un gradiente de densidad variable (normalmente utilizando Ficoll o purénico) y se lanza a alta velocidad.

Después de la purificación, la preparación de islotes se somete a una evaluación rigurosa de calidad]. Los técnicos cuentan los islotes y convierten el conteo a equivalentes islotes (IEQ), una unidad estandarizada que normaliza el tamaño de islotes. La viabilidad se evalúa utilizando disenos fluorescentes que distinguen a las células muertas; una viabilidad de al menos 70 por ciento se requiere normalmente.

Todo el proceso de recuperación del páncreas a la liberación final del producto lleva de 6 a 12 horas, y el producto final es una suspensión celular que contiene 250.000 a 1.000.000 IEQ, dependiendo de las características de los donantes y la eficiencia del aislamiento.

El proceso de emparejamiento crítico

La combinación de células de islote donante para un receptor implica una evaluación de compatibilidad multicapa que difiere significativamente de trasplante de órganos sólidos. Debido a que los islotes son transplantados como injerto celular, el sistema inmunitario los encuentra en un contexto único. El hígado, donde las islotes se infunden, es un órgano inmunológicomente activo, y la interacción inmediata entre las células donantes y las células inmunitarias receptoras puede determinar si el injerto rápido sobreviviviento puede sobrevivir o se destruye.

Compatibilidad de tipo sanguíneo ABO

El requisito más fundamental es la compatibilidad con ABO. Los islotes de donación llevan antígenos de grupo sanguíneo en su superficie, y los anticuerpos preexistentes del receptor contra los antígenos incompatibles pueden desencadenar el rechazo hiperacudo en minutos. Este es el mismo principio que rige la transfusión de sangre y el trasplante de órganos sólidos.

HLA Matching

El sistema de antígeno leucocito humano (HLA) es el segundo factor de compatibilidad importante. Las moléculas de HLA son proteínas de la superficie celular que presentan fragmentos de antígeno a las células T, permitiendo al sistema inmunitario distinguirse de sí mismo. Los loci clave son HLA-A, HLA-B y HLA-DR. Cada persona hereda dos copias de cada gen (uno de cada padre), resultando en un tipo que puede ser de seis antígenos.

La combinación de estos antígenos entre donante y receptor reduce el riesgo de rechazo mediado por células T y mejora la supervivencia a largo plazo del injerto. Los datos del registro del Registro de Trasplante de Isletes Colaborativos (CITR) muestran que un número mayor de coincidencias de HLA correlacionan con mejores tasas de independencia de insulina. Sin embargo, la combinación de HLA en trasplante de islotes es menos estricta que para trasplante de riñón o médula ósea.

La racionalidad es pragmática. La reserva de donantes para el aislamiento islote ya es severamente limitada. Requirir un partido perfecto de HLA excluiría la mayoría de los posibles receptores y no necesariamente mejoraría los resultados suficientes para justificar el aumento del tiempo de espera. El objetivo es lograr un equilibrio que minimiza el riesgo de rechazo al tiempo que maximiza el acceso al trasplante.

Tamaño del donante-recipiente emparejando

La dosis de islote se expresa como equivalentes de islotes por kilogramo de peso corporal receptor (]IEQ/kg). La dosis objetivo para lograr la independencia de la insulina es por lo menos 5.000 IEQ/kg, aunque algunos centros tienen como objetivo 10.000 IEQ/kg o más. Para un receptor de 70 kilos, 5.000 IEQ/kg se traducen en 350.000 IEQ de un solo donante.

Las características de los donantes que influyen en el rendimiento de islotes incluyen la edad, el índice de masa corporal (IMC) y la salud del páncreas. Los donantes de 20 a 50 años tienden a producir más islotes. Los que tienen un IMC en el rango de sobrepeso (25 a 30) a menudo tienen páncreas más grandes con mayor masa islote, pero los donantes con obesidad (BMI más de 35) están asociados con una función de islotelote esencial y un mayor riesgo de aislamiento.

Sensibilización de los receptores

Los pacientes que han tenido trasplantes anteriores, transfusiones de sangre o embarazos pueden tener anticuerpos anti-HLA preformados. Estos anticuerpos se detectan a través de una prueba de anticuerpo reactivo (PRA), que mide el porcentaje de un panel estándar de antígenos donantes que los anticuerpos del receptor reaccionan. Un paciente altamente sensibilizado (PRA por encima del 80%) tiene anticuerpos contra un amplio rango de HLA.

Para los receptores sensibilizados, el proceso de emparejamiento se vuelve más complejo. El equipo de trasplante debe identificar los antígenos específicos de HLA que el receptor tiene anticuerpos contra los donantes que llevan esos antígenos y excluirlos. El crossmatching virtual —una predicción basada en ordenador de la compatibilidad con datos de tipografía y especificación de anticuerpos HLA— se ha convertido en una herramienta estándar para este propósito.

Factores adicionales de emparejamiento

Más allá de los factores de compatibilidad básicos, varias otras consideraciones influyen en la decisión de coincidencia:

  • Urgencia de necesidades]: Se prioriza a los pacientes con diabetes frágil, hipoglicemia grave recurrente o falta de conciencia hipoglucemia. Estos pacientes se enfrentan a eventos que amenazan la vida y tienen el mayor beneficio de trasplante.
  • Tiempo de espera] – Los sistemas de asignación consideran cuánto tiempo ha estado un paciente en la lista de espera, con esperas más largas cada vez más prioritarias.
  • ] La proximidad geográfica – La isquemia fría de isquemia de islotes se limita a 8 a 10 horas. El donante y el receptor debe estar a una distancia que permita el transporte de las islotes aisladas al centro de trasplantes dentro de esta ventana. Esta limitación significa que los pacientes cercanos a los centros de aislamiento de islotes mayores tienen mejor acceso.
  • Espección de salud de los donantes: Los donantes son probados para enfermedades infecciosas (VIH, hepatitis B y C, citomegalovirus, virus Epstein-Barr), infecciones activas, riesgo de cáncer y condiciones metabólicas. Un donante con antecedentes de diabetes tipo 2 o tolerancia de glucosa no sería adecuado.

Prevención de la represión y la eliminación de inmunodeficiencias

Incluso con una combinación óptima, el sistema inmunitario del receptor reconocerá a los donadores como extranjeros. Prevenir el rechazo requiere una inmunosupresión permanente, y el régimen utilizado en el trasplante de islotes difiere de lo que se utiliza para los órganos sólidos. Las características únicas de los injertos de islotes - son celulares en lugar de vascularizados, se infunden en la vena portal, y son susceptibles a tanto el rechazo al todooinmune como a la autoinmune.

El Protocolo de Edmonton

Antes del año 2000, el trasplante de islotes tuvo un éxito limitado, con sólo alrededor del 10 por ciento de los receptores logrando la independencia de la insulina. Esto cambió con la introducción del Protocolo de Edmonton en la Universidad de Alberta. Este régimen combina un protocolo inmunosupresor sin esteroides con una cuidadosa selección de pacientes y preparaciones de islotes de alta calidad.

  • Sirolimus (rapamicina)] – Un inhibidor de la MTOR que bloquea la proliferación de células T interfiriendo con la señalización interleucina-2.
  • Tacrolimus] – Inhibidor de la calcineurina que suprime la producción de citoquinas en células T.
  • Daclizumab] – Un anticuerpo monoclonal contra la cadena alfa receptor IL-2, utilizado como terapia de inducción para agotar las células T activadas en el momento del trasplante.

El Protocolo de Edmonton logró la independencia de la insulina en más del 80 por ciento de los receptores a un año, una mejora dramática. Sin embargo, el seguimiento a largo plazo reveló desafíos: la función de la islote disminuyó con el tiempo, y muchos pacientes experimentaron efectos secundarios de los fármacos inmunosupresores, incluyendo úlceras bucales, diarrea, edema y nefrotoxicidad.

Encapsulación y Evasión Inmunitaria

La necesidad de la inmunosupresión permanente es una barrera importante para una adopción más amplia de trasplante de islotes. Los fármacos aumentan el riesgo de infección, malignidad y toxicidad de órganos, y son mal tolerados por algunos pacientes. Los investigadores han buscado desde hace mucho tiempo formas de proteger los islotes del sistema inmunitario sin inmunosupresión sistémica. La encapsulación es el enfoque más investigado.

El principio es directo: encierra islotes en una membrana semipermeable que permite que la glucosa y la insulina pasen libremente, pero bloquea las células inmunes y los anticuerpos grandes.

  • Macroencapsulación] – Un dispositivo más grande, que a menudo se asemeja a una bolsa plana o disco, que se puede colocar bajo la piel o en la cavidad peritoneal. El dispositivo alberga miles de islotes y está diseñado para ser retrávido si es necesario. El dispositivo macroencapsulado más avanzado, desde ViaCyte (ahora parte de los ensayos clínicos de supervivencia de Vertex ha sido probados
  • Microencapsulación] – Cada islote se recubre individualmente en una capa delgada de alginato, un polímero biocompatible derivado de algas. Microcapsules (normalmente 300 a 500 micrometros de diámetro) proporcionan una alta relación superficie-volumen para una difusión eficiente. Los ensayos clínicos tempranos han demostrado que los microencapsulados pueden sobrevivir a funciones fibromas de la supresión de los limitados
  • Encapsulación de capas – Recubrimientos de escala nasal aplicados a la superficie de islotes utilizando capas alternas de polímeros cargados. Este enfoque permite un control preciso sobre el espesor y la permeabilidad del revestimiento y minimiza la distancia de difusión. Todavía está en desarrollo preclínico, pero ofrece ventajas teóricas en términos de reducción del volumen de cápsula y mejora del intercambio de nutrientes.

Los principales retos que enfrenta la encapsulación son la oferta de oxígeno, la fibrosis (la respuesta del cuerpo extranjero que cubre la cápsula con tejido cicatrizante) y la durabilidad del material de recubrimiento. Las islotes tienen una alta demanda metabólica y requieren concentraciones de oxígeno superiores a las que se encuentran en la mayoría de los sitios de implantación. Las estrategias para abordar esto incluyen la incorporación de biomateriales generadores de oxígeno o portadores de oxígeno co-encapsuladores.

Desafíos Limitando la aplicación más amplia

A pesar de los éxitos del trasplante de islotes, el campo enfrenta obstáculos sustanciales que impiden que se convierta en un tratamiento general para la diabetes tipo 1. Entender estos desafíos es esencial para apreciar dónde se dirige la investigación.

Corto de donante

El número de páncreas disponibles de donantes está muy por debajo de la necesidad clínica. En los Estados Unidos, aproximadamente 1,5 millones de personas viven con diabetes tipo 1, pero menos de 2.000 donantes fallecidos por año son adecuados para el aislamiento de islotes. Muchos páncreas se descartan porque el donante es demasiado joven (menos de 10 años) o demasiado viejo (más de 60), tiene un IMC elevado, tiene una isquemia fría prolongada, o tiene problemas de salud subyacentes como la falta de suministro de resultados.

Esta escasez ha estimulado los esfuerzos para encontrar fuentes de células alternativas. Si se pudiera producir un suministro fiable y ilimitado de células de islotes funcionales, la escasez de donantes se convertiría en una nota histórica en lugar de una limitación definitoria.

Durabilidad de la injerta a largo plazo

Incluso cuando el trasplante tiene éxito, la función islote tiende a disminuir con el tiempo. Los datos del registro del registro de trasplantes de islotes colaborativos indican que entre el 50 y el 70% de los receptores siguen siendo insulina-independientes a un año, pero ese número cae entre el 30 y el 50 por ciento a cinco años. En diez años, la mayoría de los pacientes han reanudado algún nivel de uso de insulina, aunque a menudo mantienen un mejor control glucémico en comparación con los niveles de pre-transplante.

Los motivos de esta disminución son multifactoriales. El rechazo a la aloinmune crónica puede ocurrir incluso con la supresión de inmunos. La autoinmunidad recurrente puede apuntar a las células beta trasplantadas. Los medicamentos inmunosupresores, en particular los inhibidores calcineurinos como el tacrolimús, tienen efectos tóxicos directos en las células beta y pueden perjudicar la secreción del hígado.

Future Directions and Emerging Technologies

Varias líneas convergentes de investigación prometen superar las limitaciones del trasplante de islotes donante y transformar potencialmente el tratamiento de la diabetes tipo 1.

Estuche de células madre

El desarrollo más emocionante en el campo es la capacidad de generar células beta de producción de insulina de células madre pluripotente. En 2014, investigadores de la Universidad de Harvard liderados por Douglas Melton publicaron un estudio histórico que muestra que las células madre embrionarias humanas podrían guiarse a través de una serie de pasos de diferenciación para convertirse en células beta funcionales que secretan la insulina en respuesta a la glucosa.

Desde entonces, varias empresas han avanzado islotes de células madre hacia el uso clínico. Vertex Pharmaceuticals ha iniciado ensayos clínicos con VX-880, un producto derivado de células madre alogénicas que se diferencian en células islotes totalmente maduras. Los primeros resultados han sido notables: el primer paciente tratado logró la independencia de la insulina después de una sola infusión, con una producción robusta de C-peptide y excelentes controles glictivos requeridos.

Vertex también está desarrollando VX-264, que combina islotes de células madre con un dispositivo de encapsulación para eliminar la necesidad de la inmunosupresión. Este producto está en ensayos clínicos de fase anterior. Si es exitoso, podría representar una terapia transformadora disponible para cualquier paciente con diabetes tipo 1, independientemente de la disponibilidad de donante.

Las ventajas de las islotes de células madre son significativas. Pueden producirse en cantidades ilimitadas con calidad constante. Pueden ser diseñadas para reducir o eliminar la inmunogenicidad. Y pueden ser estandarizadas para asegurar que cada dosis contenga un número definido de células funcionales. El desafío sigue demostrando seguridad y eficacia a largo plazo, especialmente en relación con el riesgo de formación de teratoma (de células residuales no diferenciadas) y la durabilidad de la función.

Modificación de genes y células de donadores universales

Se están aplicando las herramientas de edición genética de CRISPR-Cas9 y otras herramientas de edición de genes tanto a islotes donantes como a islotes de células madre para reducir la inmunogenicidad. El objetivo es crear células donantes universales que puedan ser transplantadas en cualquier receptor sin desencadenar una respuesta inmunitaria.

  • El brote de moléculas HLA – Eliminar las moléculas de clase I y clase II de HLA evita el reconocimiento de células T. Sin embargo, esto también hace que las células sean vulnerables a las células asesinas naturales (NK), que reconocen las células que carecen de HLA.
  • Expresión de moléculas inmunes de coagulación] – CD47, una proteína de la superficie celular que indica "no me coma" a los macrófagos, puede ser sobreexpresada para proteger el injerto de la destrucción inmunitaria innata.
  • Inserción de transgénicos protectores: Los genes que confieren resistencia a las citoquinas inflamatorias (como las proteínas antagonistas o antiapoptóticas del receptor IL-1) pueden introducirse para ayudar a los islotes a sobrevivir al entorno de trasplante hostil.
  • Estuches hipoimmunes – Algunos grupos han diseñado islotes que simultáneamente desenganchan la clase I y II del HLA, expresan el HLA-E (que inhibe las células NK), y el CD47 sobreexpresivo. En los modelos animales, estos islotes hipoinmunes sobreviven durante meses sin inmunosupresión.

La combinación de tecnología de células madre y la edición de genes tiene la promesa de crear islotes de donantes universales fuera de la plataforma que pueden ser trasplantados a cualquier paciente sin rechazo, lo que eliminaría tanto la escasez de donantes como la necesidad de la inmunosupresión, resolviendo los dos mayores problemas en el campo.

Sitios de trasplante alternativo

El hígado ha sido el sitio estándar para la infusión de islotes desde el desarrollo del Protocolo de Edmonton. La vena portal es accesible a través de un procedimiento de catéter mínimamente invasivo, y el hígado proporciona un ambiente de apoyo para el injerto de islotes. Sin embargo, el hígado está lejos de ideal. La tensión de oxigeno en los sinusoides del hígado es relativamente baja, lo que puede contribuir a la hipoxia islotela y la muerte celular.

Los investigadores están explorando sitios de trasplante alternativos que podrían proporcionar mejores condiciones para la supervivencia y función de islotes:

  • El omentum – El omentum, una membrana grasa en el abdomen, ha surgido como candidato líder. Es altamente vascularizado, se puede acceder laparoscópicamente, y permite la recuperación si es necesario. Se pueden semillas en un andamio biodegradable y se colocan en el omentum, donde se muestran resultados ogramentales prometedores y se han convertido en.
  • El espacio subcutáneo] – La implantación subcutánea es la opción menos invasiva, pero el sitio tiene un suministro limitado de sangre y es propensa a la fibrosis. Los investigadores están desarrollando enfoques para prevascularizar el sitio utilizando factores de crecimiento o implantes temporales antes del trasplante de islotes.
  • Cámara exterior del ojo – La cámara anterior del ojo es un sitio inmune privilegiado con alta tensión de oxígeno y fácil monitoreo visual del injerto. Las islotes transplantadas en la cámara anterior se pueden observar sin invasividad utilizando microscopía, proporcionando una ventana en función del injerto. Este enfoque es todavía experimental pero ofrece ventajas únicas para la investigación y potencialmente para el uso clínico.
  • Marrow] – La médula ósea es otro sitio privilegiado inmune que se ha utilizado experimentalmente. Las islotes infundadas en la médula ósea han mostrado injertación y función en modelos animales.

El sitio ideal de trasplantes proporcionaría alta tensión de oxígeno, fácil acceso para implantar y monitorear, protección contra ataque inmunitario, y la capacidad de recuperar el injerto si fuera necesario. Ningún sitio cumple actualmente todos estos criterios, pero el omentum parece más cercano a la adopción clínica.

Resultados clínicos y lo que los pacientes pueden esperar

Para los pacientes que consideran trasplante de islotes, son esenciales las expectativas realistas. El procedimiento no cura la diabetes tipo 1, pero puede mejorar dramáticamente el control glicémico y la calidad de vida. Los mejores resultados se ven en los pacientes que reciben una dosis adecuada de islotes (al menos 5.000 IEQ/kg), tienen buena coincidencia con el HLA y se adhieren a su régimen inmunosupresivo.

El objetivo principal del trasplante de islotes es restaurar la conciencia hipoglucemia y prevenir eventos hipoglicémicos graves. Incluso en pacientes que no logran la independencia completa de la insulina, la mayoría experimentan una reducción significativa en la frecuencia y gravedad hipoglucemia. Los niveles de hemoglobina glucosa (HbA1c) suelen mejorar, y los pacientes informan de una mejor calidad de vida, reducción de la angustia relacionada con la diabetes y mayor libertad en las actividades diarias.

Sin embargo, el trasplante de islotes no está sin riesgos. El procedimiento de infusión puede causar sangrado, trombosis de vena por portal y elevación de enzimas hepáticas. La inmunosupresión conlleva riesgos de infección, malignidad y efectos secundarios específicos para medicamentos. Y la durabilidad a largo plazo del injerto sigue siendo limitada, con la mayoría de los pacientes que finalmente resumen algún uso de insulina.

Conclusión

El trasplante de células donantes representa uno de los avances más significativos en el tratamiento de la diabetes tipo 1 en las últimas dos décadas.El procedimiento ha restablecido la independencia de la insulina y ha mejorado dramáticamente la vida de miles de pacientes.El proceso de combinación -compasando el tipo de sangre, compatibilidad con HLA, dosis de islotes fallecidos y la sensibilización de los receptores- es un sistema cuidadosamente calibrado diseñado para maximizar la supervivencia de injerto dentro de las limitaciones de un pequeño grupo de donantes.

El futuro del trasplante de islotes radica en tres tecnologías convergentes: biología de células madre, edición de genes y encapsulación. La capacidad de generar cantidades ilimitadas de células de islotes funcionales de células madre, combinadas con ingeniería genética para hacerlas invisibles al sistema inmunitario, podría producir un producto fuera de la plataforma disponible para cualquier paciente sin necesidad de inmunosupresión. Los ensayos clínicos ya están en marcha, y los resultados tempranos son prometedores.

Para más lectura, el Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y de Riegos proporciona información integral del paciente. El Registro Internacional de Trasplantes de Isletes rastrea los resultados globales y los datos clínicos de sustitución.