Înțelegerea transplantarea celulelor insulare pentru managementul diabetului zaharat

Diabetul zaharat rămâne una dintre cele mai presante provocări globale de sănătate, care afectează peste 530 milioane de adulți din întreaga lume, cu proiecții mai mari de 700 milioane de ani până în 2045. Pentru persoanele care trăiesc cu diabet zaharat de tip 1, sistemul imunitar distruge selectiv celulele beta producătoare de insulină din pancreas, creând o dependență pe tot parcursul vieții de terapia cu insulină exogenă. În ciuda progreselor înregistrate în analogii de insulină, monitoarele continue de glucoză și sistemele automatizate de livrare a insulinei, aceste tehnologii nu reinstaurează capacitatea naturală a organismului de reglementare a glucozei. Transplantul de celule insulare oferă o abordare fundamental diferită de terapie celulară care poate restabili producția endogenă de insulină și restabili controlul fiziologic al glucozei. Această procedură, deși nu este încă un tratament definitiv, reprezintă unul dintre cele mai semnificative progrese în terapia celulară pentru diabetul zaharat în ultimele două decenii.

Biologia celulelor insulare

Pancreasul conţine grupuri de celule endocrine cunoscute sub numele de insuliţele Langerhans, numite după patologul german Paul Langerhans care le-a descris prima dată în 1869. Fiecare insulă este un micro-organizat care conţine mai multe tipuri de celule care lucrează în concert: celule beta (insulină produsă), celule alfa (glucagonul de producţie), celule delta (somatostatină secretă) şi celule PP (polipeptide pancreatice producătoare). La persoanele fără diabet, celulele beta simt continuu concentraţiile de glucoză din sânge şi eliberează cantităţi calibrate exact de insulină pentru menţinerea valorilor normale. În diabetul de tip 1, distrugerea autoimună a acestor celule beta are ca rezultat deficit absolut de insulină şi hiperglicemie cronică.

Celulele insulare constituie doar aproximativ 1-2 la sută din masa pancreatică totală, dar primesc aproximativ 10-15 la sută din fluxul sanguin pancreatic, o reflectare a activității lor metabolice extraordinare. Un pancreas adult sănătos conține de obicei aproximativ un milion de insulițe distribuite în întregul organ. Pentru transplantul de succes într-un destinatar, totuși, doar o fracțiune din acestea, tipic, între 200.000 și 500.000 de echivalenti islet sunt necesare. Înțelegerea biologia delicată a acestor celule, inclusiv sensibilitatea lor la privarea de oxigen, riscurile de contaminare exocrină în timpul izolării, și fragilitatea inerentă, este fundamentală pentru avansarea câmpului și îmbunătățirea rezultatelor clinice.

Procedura de transplant de celule insulare

Transplantul de celule insulare este un proces complex, multi-pas care necesită coordonare fără probleme între centrele de transplant, organizațiile de prelevare a organelor și instalațiile specializate de izolare a insularului. Procedura a fost supusă unei îmbunătățiri substanțiale de la primele cazuri clinice de succes din anii 1970 și de la reperul Edmonton Protocol din 2000, care a stabilit cadrul pentru tehnicile moderne de imunosupresie și izolare.

Selecţia donatorilor şi achiziţiile de organe

Donatorii de pancreas sunt de obicei indivizi morți de creier cu hemodinamica stabilă, nu are antecedente de diabet, și un indice de masă corporală între 20 și 35 kg pe metru pătrat. pancreasul este achiziționat în timpul recuperare multi-organizare alături de ficat și intestin. Timpul de ischemie cald trebuie să fie minimalizat, ideal păstrat sub 30 de minute, pentru a menține viabilitatea insular. Organul este transportat în soluție de conservare la rece, cel mai frecvent la Universitatea din Wisconsin soluție, la centrul de izolare. Ischemia rece extinsă peste opt ore reduce semnificativ randamentul insular și viabilitatea, ceea ce face coordonarea logistică critică pentru succes.

Izolare Insulă

Izolarea reprezintă cea mai exigentă etapă tehnică din întregul proces. pancreasul este canulat și perfuzat cu o soluție enzimatică de colagenază care digeră matricea extracelulară, eliberând insulițele din țesutul exocrin din jur. Digerul rezultat este purificat prin centrifugare cu gradientul de densitate, de obicei cu ficol sau iodoxanol, care separă insulițele de celulele acinare mai grele. Purificarea se efectuează de obicei utilizând un procesor de celule COBE 2991, producând un produs final cu puritate de 50 până la 80 la sută. Producția de insulare este evaluată prin numărarea de insulițe cu conținut de ditizon sub microscop, în timp ce viabilitatea se măsoară prin utilizarea diacetatului fluoresceină și a colorării iodurii de propidiu. Majoritatea programelor vizează un minim 10.000 până la 12.000 de izolet echivalenti per kilogram de greutate corporală pentru a maximiza enfrectarea și pentru a obține independența insulinei.

Perfuzie hepatică

Prepararea de insula purificata este infuzata in vena portala a destinatarului printr-un cateter transhepatic percutanat plasat sub anestezie locala cu sedare constienta. Ficatul serveşte ca loc preferat de transplant din cauza dual-sangvina, tensiune mare de oxigen, şi capacitatea de a acomoda engrafia insulara in sinusoidele hepatice. Perfuzia necesita de obicei 15-30 minute, în timpul caruia presiunea portala este atent monitorizata pentru a evita tromboză. Pacientii primesc, în general, doua sau trei perfuzii separate pe parcursul mai multor luni pentru a obtine independenta insulinei. Întreaga procedura se efectueaza într-o suita de radiologie specializata sau camera de operare în conditii sterile.

Monitorizarea post-transplantului și a regizării

După perfuzie, insulitele se depun în venele portale mici şi încep revascularizarea în decurs de una până la două săptămâni. Ei reiau treptat producţia de insulină, cu funcţia maximă obţinută de obicei la trei până la şase luni după transplant. Destinatarii necesită monitorizarea atentă a glicemiei, C-peptida ca marker al producţiei de insulină endogenă şi hemoglobina A1c. Tratamentul imunosupresor se menţine cu tacrolimus şi micofenolat de mofetil, adesea cu un ciclu scurt de steroizi, deşi Protocolul Edmonton a evitat în special steroizii. Anti- timocite globulina sau alemtuzumab poate fi utilizat pentru terapia de inducţie. Urmărirea pe termen lung include supravegherea infecţiilor, malignitatea şi deteriorarea funcţiei renale datorate toxicităţii inhibitorilor de calcinerină.

Rezultate clinice şi beneficii

Obiectivele principale ale transplantului de celule insulare sunt obţinerea unui control glicemic stabil, eliminarea hipoglicemiei severe şi îmbunătăţirea calităţii vieţii. Ratele de independenţă a insulinei s-au îmbunătăţit substanţial în ultimele două decenii. Conform datelor de la Collorative Islet Transplant Registry, aproximativ 50% dintre destinatari rămân independenţi de insulină la cinci ani după transplant când primesc imunosupresie optimizată. Chiar şi cei care necesită insulină suplimentară ating adesea valori ale hemoglobinei A1c sub 7,0% şi experimentează o eliminare aproape completă a hipoglicemiei fără cunoştinţă.

Beneficiile cheie includ o reducere dramatică a riscului de hipoglicemie. Restorizarea reacţiilor de contra-reglare a glucagonului scade incidenţa evenimentelor hipoglicemice severe cu peste 90%. Primitorii pozitivi C-peptide demonstrează profiluri zilnice mai stabile de glucoză şi o variabilitate glicemică semnificativ mai scăzută. Detresă psihologică asociată cu teama de hipoglicemie este semnificativ redusă, ducând la îmbunătăţiri substanţiale ale calităţii vieţii. În plus, controlul metabolic îmbunătăţit poate încetini progresia retinopatiei diabetice, nefropatiei şi neuropatiei la unii pacienţi.

Provocări şi limitări

În ciuda promisiunii sale, transplantul de insulă se confruntă cu limitări substanţiale care împiedică adoptarea pe scară largă. Aprovizionarea cu organe de donator limitată rămâne o barieră semnificativă . Numai aproximativ 2.000 până la 3000 donatori de pancreas sunt disponibile anual în Statele Unite, şi mulţi sunt neadecvati pentru izolarea insulară din cauza factorilor cum ar fi vârsta donatorului, obezitatea, sau ischemia prelungită. Aceasta limitează procedura la câteva mii de pacienţi pe an la nivel naţional.

Imunosupresia pe tot parcursul vieţii reprezintă o altă provocare majoră. Inhibitorii de calcineurină, în special tacrolimus, sunt esenţiali pentru protocoalele actuale, dar poartă nefrotoxicitate care poate accelera nefropatia diabetică. Micofenolatul de mofetil creşte riscul de infecţie şi steroizii, când este utilizat, agravează rezistenţa la insulină. Imunosupresia creşte şi riscul de apariţie a malignităţilor şi infecţiilor oportuniste. Până la 50% din insuliţele transplantate pot fi pierdute în primele câteva zile datorită reacţiei inflamatorii mediate de sânge instant, hipoxiei sau rejetului imun. Atriţia grefei cronice continuă datorită automunităţii recurente, aloimunităţii şi toxicităţii medicamentoase.

Complicațiile hepatice apar în 5-15 la sută din cazuri și includ tromboza venei portale, sângerarea și creșterea enzimelor hepatice. Procedura este costisitoare, de obicei costa 100.000 dolari la 200.000 dolari pe pacient, și nu este universal acoperite de asigurare. În Statele Unite, transplantul de insula rămâne aprobată ca terapie experimentală în conformitate cu FDA Biologics License Application cale, deși este efectuat ca standard de îngrijire în mai multe țări europene, inclusiv Italia, Elveția, și Regatul Unit.

Comparație cu Transplantarea întregului Pancreas

Transplantul de pancreas întreg oferă o terapie alternativă de substituţie celulară cu avantaje şi dezavantaje distincte. Transplantul de pancreas întreg necesită chirurgie abdominală majoră cu recuperare mai lungă, de obicei trei până la şapte zile de spitalizare comparativ cu una până la două zile pentru perfuzie insulară. Acesta poartă rate mai mari de complicaţii precoce, inclusiv tromboză, pancreatită, şi scurgeri anastomotice, cu un risc de mortalitate perioperatorie de aproximativ 1%. Rezultatele glicemice sunt în general mai robuste, cu 70 până la 80 la sută dintre destinatari obţinerea independenţei insulinei la cinci ani comparativ cu aproximativ 50 la sută cu transplantul de insular.

Ambele proceduri necesită imunosupresie pe tot parcursul vieții. Transplantul întreg de pancreas este, în general, rezervat pentru pacienții cu boală renală în stadiu terminal care primesc un transplant simultan de rinichi-pancreas. Transplantul de Insulă este mai potrivit pentru pacienții cu hipoglicemie severă care nu au avut cunoștință de funcția renală. Alegerea între cei doi depinde de factorii individuali pacienti, expertiza centrală și disponibilitatea de organe donator. Pentru mulți pacienți cu diabet zaharat fragil, transplantul de insula oferă o opțiune inițială mai sigură cu morbiditate chirurgicală mai mică, în timp ce transplantul de pancreas oferă o funcție de grefă pe termen lung mai durabilă.

Cercetarea actuală şi direcţiile viitoare

Cercetarea continuă vizează depășirea limitărilor transplantului de insular prin multiple strategii complementare care abordează furnizarea de donatori, respingerea imună și supraviețuirea grefei.

Celule insulare cu celule stem

În studiile clinice, celulele stem pluripotente induse şi celulele stem embrionare pot fi diferenţiate în celule beta producătoare de insulină. Companiile, inclusiv Vertex, Sernova şi ViaCyte, testează în cadrul studiilor clinice produse insulare derivate din celule stem încapsulate. Rezultatele precoce demonstrează capacitatea de a produce peptide C la om, deşi secreţia de insulină care răspund la glucoză rămâne suboptim. Printre provocările principale se numără obţinerea unei maturităţi complete a celulelor beta, prevenirea formării de celule stem şi protejarea celulelor de atac imun fără imunosupresie sistemică.

Tehnologii de încapsulare

Microencapsulaţia folosind capsule de alginat şi dispozitive de macrocapsulare cum ar fi sistemul TheraCyte are ca scop protejarea insuliţelor transplantate de celulele imune, permiţând în acelaşi timp difuzia glucozei şi insulinei. Recentele progrese includ acoperiri biocompatibile care minimizează fibroza, eşafodurile generatoare de oxigen şi sistemele retrievabile pentru o siguranţă sporită. Pancreasul artificial biohibrid al Institutului de Cercetare Diabetic combină insuliţele cu o membrană vascularizată. Aceste abordări au potenţialul de a elimina în întregime nevoia de imunosupresie sistemică.

Gene Editare și modulare imună

Tehnologia CRISPR-Cas9 permite editarea celulelor insulare pentru a reduce imunogenitatea. Strategiile includ eliminarea moleculelor din clasa MHC I pentru a evita recunoaşterea celulelor T, introducerea proteinelor din punctul de control imun, cum ar fi PD-L1, pentru a induce toleranţa, şi a insuliţelor de inginerie pentru a exprima factori antiinflamatori, inclusiv CTLA4-Ig şi IL-1Ra. Exprimarea excesivă a hemoxiase-1 poate ajuta insuliţele să reziste la moartea indusă de hipoxie. Xenotransplantarea folosind insulit porcine încapsulate continuă să avanseze, cu studii clinice în Noua Zeelandă care demonstrează siguranţă şi eficacitate preliminară.

Site-uri de transplant alternative

Limitele ficatului, inclusiv reacţia inflamatorie mediată de sânge instant şi expunerea la droguri mari, au determinat explorarea locurilor extrahepatice. Omentumul, spaţiul subcutanat, folosind eşafodaje prevascularizate, măduva osoasă, submucoza gastrică şi spaţiul subcapsular renal, fiecare oferă diferite avantaje în ceea ce priveşte accesibilitatea, furnizarea oxigenului şi privilegiul imun. Abordarea punguţei omentale a arătat rezultate deosebit de promiţătoare în modelele animale şi primele teste umane.

Selecţia şi eligibilitatea pacientului

Candidaţii pentru transplant de isulă au de obicei diabet zaharat de tip 1 cu hipoglicemie severă, fără cunoştinţă de cauză, inclusiv episoade recurente de inconştienţă sau crize convulsive, sau diabet bronşic cu excursii mari de tip glicemic, în ciuda terapiei cu insulină optimizată. Pacienţii trebuie să aibă funcţie renală adecvată, definită în general ca clearance- ul creatininei peste 60 ml pe minut, datorită efectelor nefrotoxice ale imunosupresoarelor. Criteriile de excludere includ abuzul de substanţe active, transplantul de organe anterior, afecţiunile cardiovasculare severe, infecţiile active sau malignitatea şi obezitatea severă cu un indice de masă corporală peste 35. Majoritatea centrelor necesită ca pacienţii să fi fost trataţi cu insulină timp de cel puţin cinci ani. Procedura nu este recomandată pentru persoanele cu diabet zaharat de tip 2, cu excepţia cazului în care prezintă deficit sever de insulină cu niveluri scăzute ale peptidelor C.

Accesul global și statutul de reglementare

Transplantul de celule insulare se efectuează la centre specializate din întreaga lume. În Statele Unite, FDA reglementează pregătirile de izolare ca medicamente noi experimentale, iar Institutele Naţionale de Sănătate Consorţiul Transplant Clinic Islet. În Europa, procedura este aprobată ca terapie standard în mai multe ţări, inclusiv Marea Britanie, Elveţia, Italia şi Suedia. Canada şi Australia menţin, de asemenea, programe active. Cu toate acestea, costul ridicat şi nevoia de facilităţi avansate de izolare celulară limitează accesul la un număr mic de centre academice specializate. Eforturile de standardizare a protocoalelor de izolare şi de dezvoltare a reţelelor de fabricaţie la distanţă vizează extinderea disponibilităţii în anii următori.

Perspective clinice

Transplantul de celule insulare ocupă o nișă unică în îngrijirea diabetului zaharat ca singura terapie celulară capabilă de a restabili secreția fiziologică de insulină. Rezultatele actuale sunt bune, dar nu perfecte, cu loc pentru îmbunătățirea durabilității grefei, a imunosupresoarei și a ofertei de donatori. Convergența biologiei celulelor stem, tehnologiei de încapsulare, editarea genelor și imunologie promite o nouă generație de tratamente. În următorul deceniu, în afara raftului, pot fi disponibile izolate izolate de celule stem care necesită puține sau deloc imunosupresoare, beneficiind în mod potențial de milioane de pacienți cu diabet zaharat de tip 1 și de un subgrup de pacienți cu diabet zaharat de tip 2.

Pentru prezent, transplantul de insula rămâne o opțiune terapeutică puternică pentru pacienții cei mai provocatori, oferindu-i libertate de hipoglicemie severă și o cale către un control glicemic mai bun. Pacienții interesați să învețe mai mult ar trebui să consulte resursele din Colloratorative Islet Transplant Register, Institutul Național de Diabet și Boli Digestive și Rinichi , și Diabetes UK pagina de informații. O discuție cu un specialist endocrinolog este esențială pentru evaluarea eligibilității individuale și determinarea celei mai adecvate abordări de tratament.