Ako výskumníci zlepšujú prežitie buniek na ostrove po transplantácii

Transplantácia buniek Islet ponúka nádej pre pacientov s cukrovkou 1. typu obnovením produkcie inzulínu. Avšak zostáva hlavnou výzvou: zabezpečiť, aby transplantované bunky prežili a fungovali efektívne v priebehu času. Nedávny výskum sa zameral na rôzne stratégie na zlepšenie prežitia buniek po transplantácii, čím sa zvyšuje úspešnosť tejto sľubnej liečby. Oblasť rýchlo napreduje, pričom prielomy v biomateriáloch, úprave génov a imunomodulácii tlačí hranice toho, čo je možné. Tento článok skúma hlavné výzvy, ktorým čelí transplantácia ostrovčekov a inovatívne prístupy, ktoré výskumníci prijímajú na ich prekonanie, a v konečnom dôsledku sa snaží urobiť z tejto liečby trvalú, hlavnú možnosť pre ľudí žijúcich s cukrovkou 1. typu.

Pochopenie transplantácie buniek ostrovov

Transplantácia Islet buniek zahŕňa izoláciu beta buniek produkujúcich inzulín z pankreasu zosnulého darcu a ich infestáciu do pečene príjemcu s cukrovkou 1. typu. Po engraftovaní môžu tieto bunky vnímať hladinu glukózy v krvi a podľa toho vylučujú inzulín, napodobňujú prirodzenú regulačnú funkciu zdravého pankreasu. Procedúra sa zvyčajne vykonáva v lokálnej anestézii a zahŕňa katéter vložený do portálnej žily, ktorý dodáva ostrovčeky do pečene. Počas niekoľkých týždňov bunky vytvárajú krvnú zásobu a začínajú produkovať inzulín. Pre mnohých príjemcov môže byť výsledkom dramatické zníženie závažných hypoglykemických epizód a zlepšenie kontroly glykémie, často umožňujúce znížiť alebo dokonca prerušiť vonkajšie inzulínové injekcie. Avšak, napriek tomu, že tento postup nie je ešte štandardným liekom. Dlhodobý úspech zostáva obmedzený a väčšina transplantovaných príjemcov vyžaduje viackrát infúziu na dosiahnutie trvalej nezávislosti inzulínu.

Výzvy na prežitie buniek ostrovných buniek

Medzi hlavné prekážky prežitia ostrovčeka patrí imúnna rejekcia, nedostatok krvného zásobovania a nepriateľské prostredie v tele príjemcu. Tieto faktory môžu viesť k zápalu, apoptóza, a bunková smrť, zníženie účinnosti transplantácie. Pochopenie týchto prekážok je rozhodujúce pre navrhovanie zásahov, ktoré môžu chrániť bunky a predĺžiť ich funkčné životnosť.

Imunitná rejekcia

Príjemca imunitný systém často napáda transplantované bunky, vnímanie je ako cudzinec. Dokonca aj s použitím imunosupresívnych liekov, imunitná odpoveď môže byť rýchla a deštruktívna. Obaja vrodené a adaptívne ramená imunitného systému hrať roly: makrofágy a neutrofily infiltrovať transplantát miesto v priebehu niekoľkých hodín, uvoľnenie pro-zápalové cytokíny, ktoré poškodzujú bunky ostrovčeka. Neskôr, T bunky a protilátky cieľovej darcovské antigény, vedúce k chronickej rejekcie. Imunosupresívne režimy chápajúce takrolimus, sirolimus, a kortikosteroidy, a majú významné vedľajšie účinky, ako je nefrotoxicita, zvýšené riziko infekcie, a metabolické poruchy. Navyše, tieto lieky nezaručujú dlhodobé prežitie; mnoho pacientov zažívajú postupnú stratu funkcie ostrovčeka po celé roky.

Obmedzené zásobovanie krvou a hypoxia

Po transplantácii, ostrovčeky vyžadujú rýchlu revaskularizáciu prijímať kyslík a živiny. Oneskorenia alebo zlyhania v raste krvných ciev môže viesť k bunkovej smrti. V pečeni, ostrovčeky sú uložené do portálu venózneho systému, kde sa stanú poľahnuté v malých sínusoidoch. Tieto miesta sú relatívne hypoxické v porovnaní s rodným pankreasom, ktorý má bohatú kapilárnu sieť. Ostrovné bunky sú vysoko metabolicky aktívne a citlivé na nedostatok kyslíka. Bez robustného a rýchlo revaskularizačného procesu, bunky podstupujú hypoxické zranenia a nekrózu. Experimentálne štúdie ukazujú, že revaskularizácia začína v priebehu niekoľkých dní, ale môže trvať až dva týždne; počas tohto okna, mnoho ostrovčekových buniek sú stratené. Výskumníci aktívne vyvíjajú stratégie na urýchlenie tvorby krvných ciev a zlepšenie dodávky kyslíka do miesta štepu.

Zápalové mikroprostredie

Okamžitá zápalová reakcia vyvolaná transplantačným postupom prispieva tiež k bunkovej smrti. Okamžitá krv-sprostredkované zápalové reakcie (IBMIR) nastane, keď sa infúzované ostrovčeky prichádzajú do kontaktu s krvou, aktivácia komplement kaskády a koagulačné cesty. To vedie k tvorbe zrazenín a nábor imunitných buniek na povrch ostrovčeka, spôsobuje skoré zničenie. Okrem toho, pečeň vyskytujúce sa imunitné bunky, vrátane buniek Kupffer, uvoľní zápalové cytokíny, ktoré ďalšie kompromisy ostrovček životaschopnosť. Kombinácia hypoxia, imunitný útok, a zápal vytvára nepriateľské mikroprostredie, ktoré napáda aj najsilnejšie ostrovček prípravky.

Inovatívne stratégie na zlepšenie

Výskumníci skúmajú viaceré prístupy k zlepšeniu prežitia buniek ostrovčeka, každý zameriava na iný aspekt problému. Patrí medzi ne techniky zapuzdrenia, genetická modifikácia, podpora revaskularizácie, a imunomodulácia. Mnohé z týchto stratégií sú testované v kombinácii, aby multi-vrstvové obrany pre transplantované bunky.

Techniky zachytávania

Napriek tomu, že výzvy môžu zostať: kapsula môže obmedziť rozklad živín a zahraničné telo môže nakoniec zachytiť samotné zariadenie, odrezať jedy. Newmaterials, ako sú napríklad algezikály, zimulogénna skupina, a to s cieľom zlepšiť prežitie zvierat v rámci pokusov, ktoré sa vyznačujú vysokou hustotou, a tým vytvoriť polopriepustnú bariéru, ktorá umožní prejsť cez kyslík, glukózu a inzulín, pričom blokuje väčšie molekuly imunitného systému a bunky. Existujú dva hlavné typy: makrokapsulácia, kde sa mnohé ostrovčeky umiestnia do veľkého zariadenia (často implantované pod kožu alebo do peritonea) a mikrokapsulácia, kde sú jednotlivé ostrovčeky potiahnuté tenkou vrstvou hydrogélu, zvyčajne alginát odvodený z morských rias.

Genetická modifikácia

Genetická modifikácia ponúka silný nástroj na priame zvýšenie odolnosti ostrovčekov. Vedci používajú techniky, ako CRISPR-Cas9 na úpravu buniek ostrovčekov pred transplantáciou, vkladanie génov, ktoré vyvolávajú odolnosť voči imunitnému odvrhnutiu alebo zlepšenie metabolickej funkcie. Napríklad, vkladanie génov pre antiapoptotické proteíny (napr, Bcl-2) alebo pre enzýmy, ktoré neutralizujú reaktívne druhy kyslíka môžu pomôcť ostrovčekom odolať oxidačnému stresu, ktorý sa vyskytuje v pečeni. Výskumníci tiež vyvíjajú imunitne invazívne ostrovčeky, ktoré nemajú veľký komplex histokompatibility (MHC) triedy I molekúl, čo je neviditeľné pre T bunky. Ďalším prístupom je vyjadrenie imunomodulačné molekuly, ako PD-L1 alebo CTLA-4-Ig na ostrovčeku navodiť lokálne potlačenie imunitného systému bez systémových vedľajších účinkov.

Podpora revaskularizácie

Na riešenie kritickej otázky obmedzeného zásobovania krvou výskumníci pracujú na podpore rýchlej revaskularizácie okolo transplantovaných ostrovčekov. To zahŕňa zahrnutie rastových faktorov, ako je cievny endotelový rastový faktor (VEGF) a fibroblastový rastový faktor (FGF) do transplantačného miesta. Stratégie zahŕňajú povlakové ostrovčeky s heparínom viažucim VEGF, vkladanie mikrosférických častíc uvoľňujúcich rastový faktor do ostrovčeka, alebo použitie génovej terapie na to, aby ostrovčeky sami sekretizovali angiogenické faktory. Ďalším inovatívnym prístupom sú okrem iného aj súbežné transplantácie ostrovčekov s mesenchymálnymi kmeňovými bunkami (MSC), ktoré prirodzene vytvárajú rad trofických faktorov, ktoré podporujú angiogenézu a imunomoduláciu. Klinické štúdie ukázali, že MSCs môžu zlepšiť islet štep a funkciu a sú testované v prebiehajúcich skúškach.

Imunomodulácia

Immunomodulácia má za cieľ kontrolovať imunitnú odpoveď špecifickejšie ako široká imunosupresia, čím sa znižujú vedľajšie účinky pri ochrane ostrovčekov. V rámci výskumu sa vyšetruje niekoľko stratégií. Jeden z nich zahŕňa indukciu regulačných T buniek (Tregs), ktoré potláčajú efektor T buniek reagujúcich na darcovské antigény. Infúzie rozšíreného autológneho Tregsa spolu s transplantáciou ostrovčekov sa testujú v raných fázach klinických skúšok. Iný prístup využíva kostimulačné blokátory ako belatacept na inhibíciu aktivácie T buniek bez nefrotoxických účinkov inhibítorov kalcineurínu. Monoklonálne protilátky proti CD3, CD20 alebo doplnkové zložky preukázali sľub v predklinických modeloch. Okrem toho, miestne imunomodulačné

Úloha hypoxie a dodávky kyslíka

Hypoxia je ústredným driverom smrti ostrovčekov v bezprostrednom období po transplantácii. Aj s revaskulárnou snahou, prvé dni sú kritické. Preto, Výskumníci tiež skúmajú priame metódy na doplnenie kyslíka. Napríklad, makrokapsulačné zariadenia môžu byť pripojené k externému zdroju kyslíka alebo vybavené kyslíkom-generujúce materiály. Jedným z takýchto zariadení, βAir (z Beta O2 Technologies), používa interné kyslíkové komory, ktoré je doplnené cez podkožný port. Klinické skúšky ukázali, že toto zariadenie môže udržať ľudské ostrovčeky funkcie po dobu viac ako rok, aj keď to vyžaduje denné doplnenie kyslíka. Ďalším prístupom je použitie perfluórokarbónových emulzií, ktoré môžu prenášať vysoké množstvo kyslíka a sú infundované s ostrovčekmi na zlepšenie miestnej oxygenácie. Biodegradovateľné kyslíkotvorné implantáty, ktoré pomaly uvoľňujú kyslík prostredníctvom chemických reakcií sú tiež vo vývoji. Tieto stratégie sú zamerané na premostenie medzery medzi transplantáciou a revaskularizáciu, dramaticky znižujú skoré straty ostrovčekovej hmoty.

Alternatívne miesta transplantácie

Kým pečeň bola štandardným miestom pre Isletovej infúzie, to je ďaleko od ideálu. Pečeň je hypoxická, obsahuje imunitné bunky, a jedinci ostrovčeky na vysoké koncentrácie portálnej krvi, ktoré môžu poškodiť. Výskumníci skúmajú alternatívne miesta, ako je omentum, podkožný priestor, žalúdočná submukóza, a dokonca aj kostná dreň. Omentum je obzvlášť sľubný, pretože má bohatú zásobu krvi a vysokú kapacitu pre angiogenézu. V predklinických štúdiách a malých klinických skúškach, ostrovčeky transplantované do omentu ukazujú lepšie prežitie a funkciu. Subkutánny priestor ponúka výhodu ľahkého prístupu a monitorovania, ale jeho obmedzená vaskularita vyžaduje úpravu lešení alebo rastových faktorov. Ďalšou zaujímavou možnosťou je použitie "artficial pankreasu" zariadenie, ktoré sa nachádza v chránenom prostredí, často implantované v podkožnom priestore, s portami pre kyslík a živiny. Tieto zariadenia sa pohybujú smerom k klinickému testovaniu a v konečnom dôsledku by mohli poskytnúť bezpečné, retrievable platformu pre transplantáciu.

Klinické skúšky a pokrok v preklade

Pokrok v prežívaní ostrovčekových buniek sa prekladá do kliniky. Niekoľko prebiehajúcich klinických skúšok testuje tieto stratégie priamo na hlavu. Napríklad [NCT03920397 štúdia[) hodnotí používanie novej technológie zapuzdrenia u pacientov s cukrovkou typu 1. Ďalšie skúšanie skúma kombináciu transplantácie ostrovčekov s koinfúziou MSC na zlepšenie výsledkov. Údaje z týchto štúdií sa očakávajú v nasledujúcich rokoch. Medzitým Združenie pre transplantáciu klinickej izolety (CIT) stanovilo štandardizované protokoly, ktoré zlepšili celkovú mieru úspešnosti, pričom mnohé centrá hlásia nezávislosť inzulínu viac ako 50% v jednom roku po transplantácii. Zavedenie nových imunosupresívnych režimov, ako sú T-bunkové depletingové látky a belatacept, však znižuje mieru straty štepu.

Budúce vyhliadky a závery

V prípade, že sa zúrazňuje s diabetom (alebo) a odlivom, s cieľom dosiahnuť, aby sa táto liečba stala životaschopným dlhodobým riešením pre ľudí s cukrovkou 1. typu, znížením závislosti na inzulínových injekciách a zlepšením kvality života. Zbližovanie týchto technológií naznačuje, že funkčné vyliečenie môže byť dosiahnuteľné v priebehu nasledujúceho desaťročia. Napríklad Univerzita Miamis's Diabetes Research Institute vedie úsilie o vytvorenie "chchchchráneného bunkového produktu" pomocou ostrovčekov odvodených z kmeňových buniek umiestnených v biokompatom zariadení, ktoré zahŕňa prívod kyslíka a imunomoduláciu. Podobne aj Verdex Pharmaceuticals rozvíja program bunkovej terapie pomocou ostrovčekov získaných kmeňových buniek bez zapuklých buniek, spoliehajúc sa na imunosupresiu s cieľom chrániť bunky a skoré výsledky boli sľubované. Konečným dúfam dúfam je vyvinúť produkt, ktorý sa buď úplne vyhne imunosupresiononononononononon, prostredníctvom zakonok a indukcie tolerancie, alebo ktorý používa vlastné kmeňové bunky, ktoré sú určené na zastavenie buniek, pričom sa úplne odstráni reje reje. Zatiaľ čo výzvy zostávajú naďalej, vrátane nákladov, a to vrátane bezpečnosti, a dlhodobo,