Трансплантация островковых клеток стала мощной экспериментальной терапией для людей с диабетом 1 типа, которые испытывают тяжелую гипогликемическую неосознанность или лабильный контроль уровня глюкозы в крови, несмотря на интенсивное управление инсулином. Процедура включает в себя выделение инсулин-продуцирующих островковых клеток - кластеров бета, альфа, дельта и других эндокринных клеток - из мертвой донорской поджелудочной железы и вливание их в печень реципиента через портальную вену. После приживления эти клетки могут ощущать уровень глюкозы в крови и секретировать инсулин, помогая восстановить степень физиологической гликемической регуляции. В то время как трансплантация островков еще не считается стандартным лечением, она предлагает уникальную возможность уменьшить или даже устранить экзогенную инсулиновую зависимость у тщательно отобранных пациентов.

Понимание трансплантации островковых клеток

Основное обоснование трансплантации островков лежит в потере бета-клеток поджелудочной железы, которая характеризует диабет 1 типа. При этом аутоиммунное заболевание иммунная система организма атакует и разрушает инсулин-продуцирующие клетки, приводя к абсолютному дефициту эндогенного инсулина. Обычная терапия полагается на несколько ежедневных инъекций инсулина или непрерывную подкожную инфузию инсулина для управления глюкозой крови, но этот подход не может идеально воспроизвести минутную регуляцию, достигнутую функционирующей поджелудочной железой. Трансплантация островков направлена на замену отсутствующих бета-клеток здоровыми донорскими клетками, тем самым восстанавливая способность вырабатывать инсулин в ответ на метаболические потребности.

Процесс трансплантации начинается с приобретения донорской поджелудочной железы, как правило, от умершего донора органа. Поджелудочная железа транспортируется в изолятор островков, где она подвергается ферментативному перевариванию и очистке, чтобы отделить островковые клетки от окружающей экзокринной ткани. Этот этап изоляции имеет решающее значение - выход и качество островков непосредственно влияют на успех трансплантации. После очистки препарат островков оценивается на жизнеспособность, чистоту и стерильность, прежде чем вливаться в печень реципиента. Печень выбрана в качестве места имплантации, потому что она предлагает богатый кровоснабжение, обеспечивая трансплантированные клетки кислородом и питательными веществами, необходимыми для выживания, и потому что портальная вена обеспечивает прямой доступ к инфузии с помощью минимально инвазивной рентгенологической или хирургической процедуры.

Пациенты обычно получают одну или несколько инфузий островков поджелудочной железы в течение схемы лечения, часто руководствуясь Эдмонтонский протокол - знаковый подход, разработанный в начале 2000-х годов, который сочетает в себе безстероидный иммуносупрессивный режим с последовательными островковыми инфузиями. Протокол продемонстрировал, что трансплантация островков может достичь независимости инсулина у большинства реципиентов в один год, резко улучшая качество жизни. С тех пор усовершенствования в методах изоляции, иммуносупрессии и отбора пациентов имеют дальнейшие улучшенные результаты.

Показатели успеха и клинические результаты

Успех в трансплантации островков определяется несколькими способами: полная независимость от инсулина (прекращение всего экзогенного инсулина), существенное снижение потребностей в инсулине (часто > 50% от исходного уровня) и улучшение гликемической стабильности с устранением тяжелых гипогликемических событий.Самая амбициозная цель - независимость от инсулина - остается основной конечной точкой в большинстве клинических испытаний, хотя долгосрочная долговечность продолжает бросать вызов области.

Согласно данным из Совместного реестра трансплантации островков (CITR), который отслеживает результаты из центров по всему миру, примерно 50-60% реципиентов трансплантации островков достигают независимости от инсулина через год после трансплантации. Однако эта скорость снижается примерно до 30-40% через три года и падает до 20-30% через пять лет. Недавний анализ данных CITR за 15 лет, опубликованных в Diabetes Care , показал, что в самую последнюю эпоху (2010-2019 годы) показатели независимости от инсулина достигли почти 65% в некоторых центрах, что отражает улучшение отбора доноров, изоляции островков и индукционной иммуносупрессии. Тем не менее, постепенная потеря функции трансплантата с течением времени остается основным препятствием, вызванным иммунным отторжением, рецидивирующим аутоиммунитетом и метаболическим стрессом на трансплантированных клетках.

Инсулиновая независимость и C-пептидная положительная реакция

Более универсальной мерой функции трансплантата является С-пептидная позитивность, которая указывает на то, что трансплантированные бета-клетки секретируют эндогенный инсулин. После успешной трансплантации практически все реципиенты достигают измеримых уровней С-пептида. Даже когда независимость инсулина теряется, многие пациенты сохраняют некоторую эндогенную секрецию инсулина в течение нескольких лет, что может улучшить гликемический контроль и снизить риск тяжелой гипогликемии. Исследования показывают, что частота тяжелых гипогликемических событий, определяемых как эпизоды, требующие помощи, падает более чем на 90% у реципиентов трансплантации островков, независимо от их статуса независимости от инсулина. Это резкое снижение гипогликемии, возможно, является наиболее убедительным клиническим преимуществом процедуры.

Долгосрочное выживание Графта

Долгосрочные данные свидетельствуют о том, что трансплантированные островковые клетки сталкиваются с постоянной борьбой с иммуноопосредованной травмой. Потребность в хронической иммуносупрессии вводит свой собственный набор рисков, включая инфекции, нефротоксичность и злокачественные опухоли. В анализе CITR средняя продолжительность независимости инсулина среди реципиентов, которые первоначально достигли ее, составляла около 24 месяцев. Однако при оптимизированной иммуносупрессии (например, Т-клеточные истощающие индукционные агенты, такие как тимоглобулин, наряду с ингибиторами кальциневрина и микофенолат мофетилом) некоторые центры сообщают о независимости инсулина, сохраняющейся более пяти лет у подмножества пациентов. Кроме того, протоколы, которые включают множественные инфузии (до трех или четырех), как было показано, увеличивают общую привитую островковую массу, что коррелирует с более длительной выживаемостью трансплантата.

Проблемы трансплантации островковых клеток

Несмотря на значительный прогресс, несколько критических проблем ограничивают широкое распространение трансплантации островков. В первую очередь это нехватка донорской поджелудочной железы. В США ежегодно доступно менее 7000 доноров поджелудочной железы, в то время как миллионы людей живут с диабетом 1 типа. Лишь небольшая часть этих донорских поджелудочной железы дает достаточное количество островков для трансплантации, и успех изоляции островков в значительной степени зависит от характеристик донора, таких как возраст, индекс массы тела и время ишемии холода.

Во-вторых, непосредственная послеинфузионная среда враждебна трансплантированным островкам. Инфузия портальной вены вызывает мгновенную опосредованную кровью воспалительную реакцию (IBMIR), которая может уничтожить до 50% трансплантированных клеток в течение нескольких часов. Гепарин и другие антикоагулянты используются для смягчения IBMIR, но потеря остается существенной. Кроме того, метаболическая среда печени, включая высокие концентрации иммунодепрессантов и цитокинов местного производства, способствует продолжающемуся стрессу бета-клеток и смерти.

В-третьих, хроническая иммуносупрессия является обоюдоострым мечом. Хотя она предотвращает острый отторжение аллотрансплантата, она также повышает восприимчивость к инфекциям (например, цитомегаловирус, полиомавирус БК), вызывает нефротоксичность, которая может ускорить снижение почек у пациентов, уже находящихся в группе риска, и повышает риск развития определенных видов рака в течение жизни. Расчет риска-пользы в настоящее время ограничивает трансплантацию островков пациентам с опасной для жизни гипогликемической неосознанностью или крайней гликемической лабильностью - тем, кто имеет больше, чтобы выиграть, чем потерять от процедуры.

Критерии выбора пациента

Для максимального успеха и минимизации риска применяются строгие критерии отбора. Идеальными кандидатами являются взрослые в возрасте 18-65 лет с диабетом 1 типа длительной продолжительности (обычно >5 лет), документально подтвержденной тяжелой гипогликемией или гликемической нестабильностью, неповрежденной функцией почек (или стабильным статусом после трансплантации почки) и отсутствием значительных сопутствующих заболеваний. Исключаются пациенты с историей несоблюдения, активных инфекций или противопоказаний к иммуносупрессии. Психосоциальная оценка также имеет решающее значение, поскольку пожизненная приверженность иммуносупрессии и регулярное наблюдение требует сильных систем поддержки пациентов.

Факторы, влияющие на успех трансплантации

Успех трансплантации островковых клеток является многофакторным, с участием переменных, связанных с донором, реципиентом и процедурой. Понимание этих факторов помогает направлять улучшения на практике.

Качество панкреас донора

Возраст донора, индекс массы тела и причина смерти глубоко влияют на выход и жизнеспособность островков. Младшие доноры (20-50 лет) с более высоким индексом массы тела (ИМТ > 25 кг/м2), как правило, обеспечивают более крупные, более надежные островковые массы. Время ишемии холода (время от закупки донорских органов до изоляции островков) должно быть меньше 8-10 часов, чтобы минимизировать повреждение клеток. Гипергликемия донора, длительная госпитализация и остановка сердца связаны с более плохими результатами. Разработка методов очистки с использованием градиентного центрифугирования улучшила чистоту островков, но конечный продукт все еще содержит переменное количество экзокринной ткани и других типов клеток, которые могут провоцировать воспалительные реакции.

Иммунный профиль получателя

Базовая аутоиммунная активность в реципиенте, в частности, уровни аутоантител (GAD65, IA-2, ZnT8) и аутореактивных Т-клеток, коррелирует с риском рецидивирующего аутоиммунитета и раннего снижения трансплантологии. Протоколы десенсибилизации перед трансплантацией, включая плазмаферез и истощение В-клеток ритуксимабом, использовались для снижения аллосенсибилизации у сильно иммунизированных кандидатов. Кроме того, соответствие антигенов лейкоцитов человека (HLA) между донором и реципиентом, хотя и менее критично, чем при трансплантации всего органа, может все еще улучшать долгосрочные результаты за счет снижения алореактивного ответа Т-клеток.

Иммуноподавляющие режимы

Ключевым новшеством протокола Эдмонтона стало использование режима без стероидов, состоящего из даклизумаба (антагониста рецептора IL-2), сиролимуса и такролимуса в низких дозах. Избегание стероидов имеет решающее значение, поскольку глюкокортикоиды ухудшают выживаемость островков и способствуют резистентности к инсулину. В современной практике часто используются Т-клеточные истощающие агенты (тимоглобулин) для индукции в сочетании с поддерживающей терапией с использованием такролимуса и микофенолата мофетил. Более новые стратегии включают блокаду кальцимуляцией (белатакепт) для снижения воздействия ингибитора кальциневрина и резервной функции почек. Каждый режим несет свой профиль риска, и поиск оптимального баланса между иммуносупрессией и защитой островков продолжается.

Количество трансплантатов

Поскольку одна поджелудочная железа часто дает недостаточные островки для успешной трансплантации (типичное требование составляет 10 000-12000 островковых эквивалентов на килограмм массы тела реципиента), большинство реципиентов получают островковые клетки от нескольких доноров в течение одной-трех инфузий. Данные CITR показывают, что реципиенты трех или более инфузий имеют более высокие показатели независимости инсулина и более длительную выживаемость трансплантата. Однако множественные инфузии также подвергают пациента дополнительным событиям IBMIR и увеличивают кумулятивный риск осложнений, связанных с иммуносупрессией. Недавние достижения в изоляции островков от одиночных доноров с использованием оптимизированного сохранения перфторуглерода и оксигенации улучшили выходы, повысив возможность достижения целевой островковой массы от одного донора в будущем.

Получатель метаболической среды

Посттрансплантационный гликемический контроль сам по себе является предиктором выживания трансплантата. Повышенный уровень глюкозы в крови оказывает глюкотоксическое воздействие на трансплантированные бета-клетки, ускоряя апоптоз. Поддержание почти нормального гликемического контроля посредством тщательного управления инсулином в раннем посттрансплантатном периоде может помочь защитить хрупкий островковый трансплантат. Аналогичным образом, резистентность к инсулину - будь то из-за ожирения, иммуносупрессии или одновременных лекарств - увеличивает секреторную потребность в трансплантированных клетках и может привести к более ранней недостаточности трансплантата. Некоторые центры регулярно используют сенсибилизаторы инсулина, такие как метформин, чтобы уменьшить это бремя.

Будущие перспективы и новые технологии

Ограничения нынешней трансплантации островков стимулировали интенсивные исследования альтернативных источников инсулин-продуцирующих клеток и стратегий, позволяющих избежать хронической иммуносупрессии. В доклинических и ранних клинических условиях исследуется несколько перспективных направлений.

Стволовые клетки - Производные островковые клетки

Плюрипотентные стволовые клетки (как эмбриональные, так и индуцированные плюрипотентные стволовые клетки) можно дифференцировать в бета-подобные клетки, продуцирующие инсулин, используя протоколы, которые рекапитулируют развитие поджелудочной железы. Такие компании, как Vertex Pharmaceuticals и ViaCyte (теперь часть Vertex), начали клинические испытания с островковыми предшественниками, полученными из стволовых клеток, которые имплантируются в устройство для защиты клеток от иммунной атаки, позволяя при этом обмениваться питательными веществами и инсулином. Ранние результаты исследования фазы 1/2, опубликованного в Cell Stem Cell , показали, что у пациентов, получающих эти устройства, были измеримые уровни С-пептида и улучшения гликемического времени в диапазоне. Поскольку клетки получены из возобновляемого источника, ограничение поставок донорской панкреаты может быть преодолено.

Инкапсуляция и иммунозащита

Микрокапсуляция — покрытие отдельных островков или островковых кластеров полупроницаемой биосовместимой мембраной — предлагает альтернативу системной иммуносупрессии. Микрокапсулы на основе альгинатов были протестированы в испытаниях на людях с некоторыми доказательствами выживания трансплантата и производства инсулина в течение нескольких лет, хотя результаты были непоследовательными из-за фиброзного разрастания капсул. Технологии инкапсуляции следующего поколения включают химические модификации для снижения реакций инородного тела, такие как триазол-модифицированный альгинат и поверхностно-связанные иммуномодуляционные молекулы. Если совершенствоваться, инкапсуляция может позволить трансплантацию островков без иммуносупрессии, резко расширяя соответствующую популяцию пациентов.

Ксенотрансплантация

Островки свиней являются хорошо изученной альтернативой островкам человека из-за анатомического и физиологического сходства свиного и человеческого инсулина, наряду с наличием беспатогенных донорских животных. Генетически модифицированные свиньи, которые экспрессируют человеческие комплемент-регуляторные белки (например, CD46, CD55) и под экспресс-альфа-гал эпитопами, значительно снижают гиперострый отторжение. Клинические испытания неонатальных островков свиней, трансплантированных пациентам, показали способность достигать независимости от инсулина, хотя и с необходимостью мощной иммуносупрессии. Риск передачи эндогенного ретровируса свиней остается проблемой, но для обеспечения безопасности применяются улучшенные инструменты скрининга и редактирования генов. Ксенотрансплантация может обеспечить неограниченное количество островков, если будут решены регуляторные и этические препятствия.

Редактирование генов и иммунное удаление

Технология CRISPR-Cas9 используется для создания «универсальных» островков человека, лишенных основных молекул комплекса гистосовместимости (MHC) класса I и спроектированных для экспрессии иммуномодулирующих белков, таких как PD-L1 или HLA-E. Эти гипоиммуногенные островки избегают распознавания как эффекторными Т-клетками, так и естественными клетками-киллерами, потенциально позволяя долгосрочную выживаемость трансплантата без иммуносупрессии. Доклинические исследования на гуманизированных мышах показали многообещающие результаты, и ожидается, что в ближайшие несколько лет будут проведены испытания на людях.

Альтернативные сайты имплантации

В то время как печень остается стандартным местом, продолжаются исследования альтернативных участков, которые могут предложить более благоприятную микросреду для выживания островков. Сумчатый мешок (складка брюшинной ткани) исследуется из-за его богатого кровоснабжения и доступности для минимально инвазивной трансплантации. Подкожное пространство, хотя изначально неперспективное из-за плохой васкуляризации, может быть сделано островковым путем предваскуляризации с имплантированными каркасами или факторами роста. Внутримышечные и внутрикостные участки также показали ранние перспективы на животных моделях. Каждый сайт предлагает различные преимущества и проблемы, касающиеся приживления островков, функции и мониторинга.

Заключение

Трансплантация островковых клеток остается замечательным, но несовершенным лечением для отдельных пациентов с диабетом 1 типа. Текущие показатели успеха - примерно 50-60% достижение независимости инсулина в один год, с постепенным снижением после этого - отражают как потенциал этой терапии, так и постоянные препятствия на пути к островковому снабжению, немедленную потерю после трансплантации, иммунный отказ и токсичность иммуносупрессии. Тем не менее, для людей, страдающих тяжелой гипогликемической неосознанностью или хрупким диабетом, преимущества могут быть изменяющими жизнь, резко улучшающими гликемическую стабильность и качество жизни. Поле готово к трансформации, поскольку островки, полученные из стволовых клеток, инкапсуляция, ксенотрансплантация и стратегии редактирования генов переходят из лаборатории в клиническую реальность. В то время как универсальное лекарство от диабета 1 типа остается на горизонте, трансплантация островков - особенно в ее развивающихся формах - продолжает давать конкретную надежду для тех, кто нуждается в ней больше всего.

Ссылки и дальнейшее чтение