Table of Contents
Pochopenie transplantácie buniek na ostrove pre cukrovku typu 1
Diabetes 1. typu je chronická autoimunitná porucha charakterizovaná deštrukciou beta buniek produkujúcich inzulín v pankrease, čo vedie k nedostatku inzulínu a chronickej hyperglykémii. Hlavné súčasné terapeutické stratégie pre klinicky zjavný diabetes 1. typu
Transplantácia isletových buniek sa objavila ako sľubná cesta k funkčnej náhrade endogénnej produkcie inzulínu a k dosiahnutiu dlhodobej glykemickej stability. V prípade transplantácie ostrovčekov (ktoré obsahujú β bunky a iné typy buniek) sa izolujú od darcov kadaverických pankreasov a transplantujú sa do ľudí s cukrovkou 1. typu. Transplantované ostrovčeky potom začnú produkovať inzulín v reakcii na hladinu glukózy v krvi. Tento prístup predstavuje významný pokrok oproti tradičnej inzulínovej liečbe, ktorá poskytuje pacientom možnosť dosiahnuť takmer normálnu kontrolu hladiny cukru v krvi bez potreby konštantných inzulínových injekcií.
Transplantáciu ostrova Islet nedávno schválil americký úrad pre potraviny a lieky pre dospelých s cukrovkou 1. typu komplikovanou rekurentnými závažnými hypoglykémiami. Transplantáciu darcu zdedeného ostrova nedávno schválil americký úrad pre potraviny a lieky ako prvú bunkovú terapiu (Lantidra; CellTrans, Inc.) pre dospelých s cukrovkou 1. typu, ktorí nie sú schopní pristupovať k cieľovej HbA1c kvôli súčasným opakovaným závažným hypoglykemickým príhodám napriek intenzívnej liečbe cukrovky a vzdelávaniu. Toto významné schválenie predstavuje desaťročia výskumu a klinického vývoja v oblasti bunkových terapií pre cukrovku.
Dlhodobé sledovanie multicentrického skúšania 3. fázy transplantácie ostrovčeka v rámci konzorcia Clinical Islet Transplantation Consortium multicentrickej fázy 3 zahŕňajúceho 48 jedincov z tejto populácie preukázalo prežitie štepu ostrovčeka u 84% príjemcov, pričom HbA1c udržalo na úrovni menej ako 7,0% v 77% a pri alebo pod 6,5% v 74%, bez závažných hypoglykémií u viac ako 90% a približne 50% zostalo nezávislý od inzulínu pri mediáne sledovania 6 rokov. Tieto pôsobivé výsledky ukazujú transformačný potenciál transplantácie ostrovčeka pre starostlivo vybraných pacientov s ťažkou až managementovou cukrovkou.
Kritická výzva: Imunitný odpor
Napriek pozoruhodnému úspechu transplantácie ostrovčekov, jednou z najvýznamnejších prekážok pre rozšírené adopcie zostáva imunitná odpoveď tela na transplantované bunky. Vzhľadom k tomu, že takéto transplantácie sa vyskytujú v alogénnom prostredí, príjemcovia vyžadujú imunosupresívnu liečbu. Táto chronická a systémová adjuvantná liečba môže viesť k toxicite, zvýšenému riziku infekcie a vývoja nádoru, a nakoniec zníženú kvalitu života pre pacientov.
Lieky potrebné na potlačenie imunitného odmietnutia ostrovčekov musia pokračovať po celý život transplantácie, a oni prichádzajú s významnými rizikami. Ich použitie zvyšuje náchylnosť na bakteriálne a vírusové infekcie; môže spôsobiť únavu, zníženú funkciu obličiek, vredy v ústach, a gastrointestinálne problémy; a môže zvýšiť dlhodobé riziko vzniku určitých druhov rakoviny. Tieto imunosupresíva sú tiež myšlienka, že ovplyvňujú dlhodobú životaschopnosť transplantovaných ostrovčekov, ako štúdie naznačujú, že sú toxické pre ostrovčeky v priebehu času.
Funkcia obličiek klesla vo väčšej miere v skupine transplantácie ostrovčekov v porovnaní so štandardnou starostlivosťou, účinok pravdepodobne vysvetliť pokračujúcou požiadavkou pre kalcineurín inhibítor
Potreba systémovej imunosupresie zostáva primárnou bariérou pri transplantácii ostrovčeka rozšírenejšou liečbou pacientov s diabetom 1. typu. Preto dôležitým cieľom výskumu je dosiahnutie "imunologickej tolerancie" transplantovaných buniek, čo znamená, že imunosupresíva by bolo potrebné len krátko, alebo dokonca vôbec. To je miesto, kde technológie zapuzdrenia vstupujú do obrazu ako potenciálne hra-meniace riešenie.
Čo sú to technológie na zakrytie?
Enkapsulácia je technológia zatvorenia živých buniek semi-priepustnou membránou. bunková mikroenkapsulačná technológia zahŕňa imobilizáciu buniek v polymérnej polopriepustnej membráne. Umožňuje obojsmernú difúziu molekúl, ako je príliv kyslíka, živín, rastové faktory nevyhnutné pre metabolizmus buniek a vonkajšiu difúziu odpadových produktov a terapeutických proteínov. Zároveň semi-priepustný charakter membrány zabraňuje imunitným bunkám a protilátok zničiť zapuzdrené bunky, pokiaľ ide o ich cudzorodé votrelce.
V jednej stratégii, nazývanej zapuzdrenie, ostrovčeky (vrátane tých od darcov, ako aj od progenitorových buniek- derivovaných ostrovčekov-ako klastrov a organoidy pestované v laboratóriu) sú potiahnuté materiálom, ktorý ich chráni pred napadnutím imunitným systémom príjemcu a podporuje ich zdravé fungovanie. Základný princíp zapuzdrenia je elegantný v jeho jednoduchosti: vytvoriť ochrannú bariéru, ktorá umožňuje základné živiny a kyslík dostať sa do transplantovaných buniek, pričom zároveň zabraňuje imunitným bunkám v ich napadnutí.
Bioartifikálny pankreas je definovaný ako pankreatický ostrovček konštrukcia založená na zapuzdrení buniek ostrovčeka v polopriepustnej membráne tak, aby bunky mohli byť chránené pred imunitným systémom hostiteľa, zatiaľ čo vylučujú inzulín na reguláciu cukru v krvi. Tento koncept predstavuje sofistikovaný bioinžiniersky prístup, ktorý sa snaží replikovať prirodzenú funkciu pankreasu a zároveň chrániť transplantované bunky pred imunitou.
História technológie zapuzdrenia pochádza z niekoľkých desaťročí. V roku 1964 myšlienka zapuzdrenia buniek v ultra tenkých membránových mikrokapsulách z polymérovej membrány, aby sa zabezpečila imunoochrana buniek, navrhla Thomas Chang, ktorý zaviedol termín "umelé bunky," aby definoval tento koncept bioenkapsulácie. Systém bol ďalej rozvinutý Limom a Sun, ktorí priekopníkom mikrokapsulácie ostrovčekov, vytváral prvý bioartificiálny endokrinný pankreas. Od tejto priekopníckej snahy sa oblasť výrazne vyvinula s pokrokom v oblasti materiálov, nanotechnológie a bioinžinierstva.
Typy metód na zakrytie
Boli skúmané dva hlavné prístupy zapuzdrovania: mikrokapsulácia a nanokapsulácia. Každý prístup ponúka odlišné výhody a čelí jedinečným výzvam pri ochrane transplantovaných buniek ostrovčeka pred imunitou a zároveň zachováva ich životaschopnosť a funkciu. Pochopenie týchto rôznych metód je rozhodujúce pre pochopenie zložitosti a potenciálu zapuzdrenia technológie v liečbe cukrovky.
Mikrokapsulácia
Mikrokapsulácia sa vzťahuje na sférický systém veľkosti približne od desiatok mikrónov do 1,5 mm. Tento prístup zahŕňa povlak jednotlivých buniek ostrovčekov alebo malých klastrov ostrovčekov s tenkou vrstvou biokompatibilného materiálu, zvyčajne vytvára guľovité kapsuly, ktoré možno implantovať do tela pacienta. Najčastejšie používaný materiál na mikrokapsuláciu je alginát, prirodzene odvodený polysacharid extrahovaný z hnedých morských rias.
Vyvinuli sa alginát-polylyzín-alginátové mikrokapsule (APA) imobilizačné xenograftové izolátory. Štúdia preukázala, že keď boli tieto mikrokapsulované ostrovčeky implantované diabetickým potkanom, bunky zostali životaschopné a kontrolované hladiny glukózy niekoľko týždňov. Tento skorý úspech v zvieracích modeloch preukázal uskutočniteľnosť prístupu mikrokapsulácie a podnietil desaťročia následného výskumu.
Alginátová mikrokapsulácia má niekoľko výhod. Materiál je biokompatibilný, relatívne lacný a môže byť spracovaný v miernych podmienkach, ktoré nepoškodzujú zapuzdrené bunky. Gelačný proces sa rýchlo vyskytuje, keď alginátový roztok prichádza do styku s iónmi vápnika, čo umožňuje efektívne zapuzdrenie veľkého počtu ostrovčekov. Alginátové mikrokapsule však tiež čelili významným výzvam, najmä pokiaľ ide o reakciu cudzieho tela a fibrotický prerast, ktoré sa môžu vyskytnúť po implantácii.
Mikrosféry pre zapuzdrenie ostrovčekov umožnili dlhodobú glykemickú kontrolu na modeloch diabetu hlodavcov; avšak u ľudí transplantovaných pomocou ekvivalentných foriem mikrosféry sa vyskytla len prechodná funkcia štepu ostrovčeka v dôsledku silnej reakcie cudzieho tela, perikapsulárneho fibrotického prerastu a pri vzpriamených dvojpédoch sedimentácia mikrosfér v peritoneálnej dutine. Toto odpojenie medzi úspechom v modeloch hlodavcov a výzvami v ľudských aplikáciách bolo jednou z hlavných prekážok pri prekladaní mikrokapsulačnej technológie do klinickej praxe.
Na riešenie týchto výziev výskumníci vyvinuli chemicky modifikované alginátové formulácie. V spojení s minimálne invazívnou transplantáciou do bursa omentalis primátov, najsľubnejšie chemicky modifikované deriváty alginátu (Z1-Y15) chránené životaschopné a glukóza reagujúce alogénne ostrovčeky po dobu 4 mesiacov bez potreby imunosupresie. Nedávna štúdia s použitím alginát hydrogelu modifikovaného triazolom sa zdá, že zabraňuje nadmernej fibróze, ktorá je spoločná s väčšími zvieracími modelmi (primáty iné ako ľudské) a môže byť užitočná pri predĺžení zapuzdreného ostrovčekového štepu.
Mikrokapsulácia vyžaduje zložitejšie a individualizované výrobné procesy, na rozdiel od zariadení na makrokapsuláciu, ktoré sa môžu ľahšie vyrábať, sú ľahšie vyhľadateľné po implantácii a sú výhodnejšie pre komercializáciu. Napriek týmto výrobným výzvam zostáva mikrokapsulácia aktívna oblasť výskumu vzhľadom na jej potenciál poskytnúť imunitu bez potreby veľkých implantovateľných zariadení.
Makrokapsulácia
Makrokapsulácia má iný prístup tým, že zachytí mnoho buniek ostrovčeka vo väčšom zariadení alebo kapsule. Tieto zariadenia zvyčajne pozostávajú z komory alebo vrecka, ktoré obsahuje viac ostrovčekov, obklopené polopriepustnou membránou. Macroencapsulation zariadenia ponúkajú niekoľko potenciálnych výhod, vrátane ľahšieho vyhľadávania, ak vzniknú komplikácie, jednoduchšie výrobné procesy a schopnosť začleniť ďalšie vlastnosti, ako sú generátory kyslíka alebo štruktúry na vaskularizáciu.
Therateal device je imunoizolačný a skladá sa z dvojmembránového vrecka. Vonkajšia membrána má veľkosť 5 μm pórov na podporu infiltrácie buniek a podporu angiogenézy v celom zariadení. Vnútorná membrána má priemer pórov veľkosti 0,4 μm pre imunoizolovanie ostrovčekov priľahlých k vaskulatúre. Tento dual-membrána dizajn predstavuje inovatívny prístup k vyváženiu konkurenčných potrieb imunitnej ochrany a adekvátnej vaskularizácie.
ViaCyte odvtedy vyvinul systém známy ako Encapta, ktorý má jedinú membránu, ktorá immunolizuje ochranu transplantovaných buniek pred priamou interakciou s imunitnými bunkami, pričom umožňuje prechod kyslíka a živín. Enkapsované beta bunky odvodené z kmeňových buniek majú kontrolu glukózy u pacientov s diabetom 1. typu. Tieto klinické trendy ukazujú, že zariadenia na makrokapsuláciu progredujú od laboratórneho výskumu až po aplikácie v reálnom svete.
Medzi viaceré zariadenia, ktoré boli vyvinuté, patria TherateyTM z TheraCyte Inc., βAir z BetaO2 Technologies, Cell Pouch System zo Sernova a PEC-Encap (VC-01) a PEC-Direct (VC-02) z ViaCyte (teraz získané Vertex Pharmaceuticals). Každý z týchto zariadení predstavuje jedinečný prístup k riešeniu problémov ostrovčekového zapuzdrenia, s rôznymi návrhmi, materiálmi a implantačnými miestami.
Ďalšie makrokapsulačné zariadenie, ktoré využíva mikrofabrika technológia sa nazýva Nanogland. To sa skladá z vonkajšej membrány s paralelnými nanokanálmi (3.6 ch40 nm) a kolmé mikrokanálov (20 chromozómov) okolitých ostrovčekov. Nanokanálmi sú navrhnuté tak, aby im imunoprotekcia a mikrokanálmi sú myšlienka pomôcť s štepom. Subkutánne implantácia Nanogland s ľudskými ostrovčekmi u myší ukázala prežitie implantátov po dobu dlhšiu ako 120 dní.
Jedným z kritických problémov pre zariadenia na makrokapsuláciu je zabezpečenie dostatočného prísunu kyslíka do zapuzdrovaných ostrovčekov. Anderson a jeho kolegovia uviedli, že zariadenie na zachytávanie ostrovčekov, ktoré tiež nesie palubný generátor kyslíka. Tento generátor sa skladá z protónovej membrány, ktorá môže rozdeliť vodnú paru (nájdenú hojne v tele) na vodík a kyslík. Hydrogén sa bezpečne rozptyľuje, zatiaľ čo kyslík vchádza do skladovacej komory, ktorá zásobuje bunky ostrovčekmi cez tenkú, kyslíkom premeniteľnú membránu. Ukázali, že tieto zapuzdrené bunky pankreatického ostrovčeka by mohli prežiť v tele najmenej 90 dní. U myší, ktoré dostali implantáty, bunky zostali funkčné a vytvorili dostatok inzulínu na kontrolu hladiny cukru v krvi zvierat.
Avšak, nie všetky prístupy makrokapsulácie boli úspešné. VX-264, skúmaná liečba ostrovčekov bunkovej zapuzdrené v proprietárnom makrokapsulačnom zariadení vyvinuté Vertex, dokončil dávkovanie fázy 1/2. Avšak, analýza nespĺňala svoj koncový ukazovateľ účinnosti, čo viedlo k ukončeniu klinického skúšania. Tento neúspech zdôrazňuje pokračujúce problémy pri vývoji účinných makrokapsulačných systémov a potrebu ďalšieho výskumu a zdokonaľovania.
Nanokapsulácia
Nanoenkapsulácia, naopak, odkazuje na nanometra-scale povlaky alebo vrstvy priamo uložené na povrchu ostrovčeka. Na rozdiel od iných metód zapuzdrenia, ktoré imobilizujú bunky alebo látky, ktoré majú byť zapuzdrené do mikrónovej gélovej matrice, nano-kapsulačné metódy sú zvyčajne založené na tvorbe nano-membrán okolo buniek alebo orgánov. Nano-kapsulácia je technológia pre zapuzdrovanie ostrovčekov prostredníctvom zodpovedajúceho povlaku, väčšinou spolieha na použitie hubice metódy. V porovnaní s konvenčné mikrokapsule, harmonizačný povlak umožňuje tvorbu tenko-filmov pokrývajúce každý jednotlivý ostrovček.
Veľkosť výsledných materiálov a hrúbka filmu sú prispôsobené veľkosti a morfológii jednotlivých ostrovčekov. Táto technológia vedie k vzniku nanokapsulí, pri ktorých hrúbka ochrannej membrány podporuje obojsmernú difúziu kyslíka, živín a metabolitov. Ultra tenká povaha nanokapsulačných povlakov ponúka významné výhody z hľadiska difúzie živín a kyslíka v porovnaní s hustejšími mikrokapsulačnými vrstvami.
Nanoenkapsulácia predstavuje špičku technológie zapuzdrenia, využitie pokrokov v nanotechnológiách a materiálových vedách na vytvorenie ochranných bariér, ktoré sú len nanometrov hrubé. Tento prístup minimalizuje difúznu vzdialenosť pre kyslík a živiny a zároveň poskytuje účinnú ochranu imunity. Konformná technika povrchovej úpravy zabezpečuje, že každý ostrovček je individuálne chránený náterom, ktorý presne zodpovedá jeho tvaru a veľkosti.
Pre nanokapsuláciu boli preskúmané rôzne materiály a metódy, vrátane vrstvy povrstvenej zostavy polyelektrolytov, chemického vylučovania pary a polymerizácie plazmy. Každá metóda ponúka rôzne výhody, pokiaľ ide o jednotnosť povlaku, kontrolu hrúbky a biokompatibilitu. Cieľom je vytvoriť povlak, ktorý je dostatočne tenký, aby umožňoval rýchlu difúziu kyslíka a živín, ale dostatočne robustný na zabezpečenie účinnej ochrany imunity počas dlhších období.
Biomateriály použité pri zachytávaní
Výber biomateriálu je rozhodujúci pre úspech akejkoľvek stratégie zapuzdrenia. Ideálny zapuzdrenie materiál musí spĺňať niekoľko náročných požiadaviek: musí byť biokompatibilný, mechanicky stabilný, priepustný pre kyslík a živiny, nepriepustný pre imunitné bunky a protilátky a odolný voči degradácii v prostredí tela. Výskumníci preskúmali širokú škálu prírodných a syntetických materiálov v snahe o optimálny zapuzdrenie biomateriálu.
Alginát a modifikované algináty
Alginát zostáva najštudovanejším materiálom pre zapuzdrenie ostrovčekov kvôli jeho biokompatibilite, jednoduchosti spracovania a schopnosti vytvárať gély v miernych podmienkach. Štandardné alginátové prípravky však preukázali obmedzenia v klinických aplikáciách, najmä pokiaľ ide o odpovede cudzieho tela a fibrotický prerast. To viedlo k rozsiahlemu výskumu chemicky modifikovaných alginátových prípravkov určených na zníženie týchto nežiaducich reakcií.
Tri chemicky modifikované, imunitou modulujúce alginátové formulácie vyvolali zníženú odpoveď cudzieho tela. Chemická modifikácia Z1-Y15 špecificky moduluje aktiváciu makrofágov proti prúdu, čo zase výrazne znižuje nábor myofibroblastov: hlavný prispievateľ k následnej fibróze. Tieto modifikované alginátové formulácie predstavujú významný pokrok pri riešení jednej z hlavných výziev zapuzdrenia technológie.
Vývoj alginátu modifikovaného triazolom a iných chemicky modifikovaných formulácií dokazuje dôležitosť pochopenia molekulárnych interakcií medzi biomateriálmi a imunitným systémom. Starostlivo konštruovaním chemických vlastností alginátu môžu výskumníci modulovať reakciu hostiteľa a znížiť fibrotické reakcie, ktoré sužovali predchádzajúce pokusy o zapuzdrenie.
Hodvábne materiály
Liečené hodvábne proteíny majú nízku antigenitu a zriedkavo spôsobujú imunitné reakcie, keď sú implantované in vivo. Výkon ostrovčekov zapuzdrených v hodvábnych materiáloch bol významne zvýšený súbežnou zapáchacou embóliou s fibrínom, proteínom so silnými mechanickými vlastnosťami a nízkou imunogenitou. Ko-zapnutie mesenchymálnymi stromálnymi bunkami viedlo k 2,3-násobnému zvýšeniu stimulačného indexu a ďalšej ko-zakapsulácii fibrínu viedlo k 4,4-násobnému zlepšeniu v porovnaní s čistými ostrovčekmi zapuzdrenými hodvábom.
Hodvábne materiály ponúkajú jedinečné výhody vrátane vynikajúcich mechanických vlastností, kontrolovateľnej rýchlosti degradácie a schopnosti spracovania do rôznych foriem vrátane filmov, hydrogélov a poréznych lešení. Prírodný pôvod hodvábnych proteínov a ich dlhá história používania v medicínskych aplikáciách poskytujú dodatočnú dôveru v ich biokompatibilitu a bezpečnostný profil.
Syntetické polyméry
Pomocou vysoko pórovitej a trvanlivej nanofibrovej kože vyrobenej elektrospinningom termoplastického silikón-polykarbonátu (TSPU) a alginátového hydrogélového jadra vyvinuli výskumníci implantovateľné zapuzdrenie buniek integrovaných do nanofiberu (NICE), ktoré ponúka zvýšenú biokompatibilitu, bezpečnosť a škálovateľnosť pre veľkoplošnú výrobu, pričom zabezpečili bezpečné dodanie a ochranu ostrovčekov získaných z xenogénnych kmeňových buniek. Na ďalšie zlepšenie biokompatibility zapuzdrenia zariadenia vo veľkých zvieratách výskumníci oznámili zwitterionio-diurány (ZPU) nanoporózne zapuzdrenie zariadenia pomocou elektrospriadacie techniky.
Syntetické polyméry ponúkajú výhodu presnej kontroly vlastností materiálu, vrátane mechanickej pevnosti, priepustnosti a rýchlosti degradácie. Pokročilé výrobné techniky, ako je elektrospinning, umožňujú vytváranie nanofibrových štruktúr s vysokou plochou povrchu a s kontrolovanou veľkosťou pórov, optimalizáciu rovnováhy medzi ochranou imunity a prenosom živín.
Výhody technológií na zakrytie
Enkapsulačné technológie ponúkajú niekoľko presvedčivých výhod, ktoré z nich robia atraktívny prístup k zlepšeniu výsledkov transplantácie ostrovčekov. Tieto výhody riešia mnohé kľúčové obmedzenia, ktoré zabránili transplantácii ostrovčeka, aby sa stali široko dostupnou možnosťou liečby cukrovky 1. typu.
Eliminácia chronickej imunosupresie
Enkapsulované ostrovčeky vybavené adekvátnou bariérou pre hostiteľa imunitných buniek a protilátky by postúpili transplantáciu ostrovčekov bez použitia toxických imunosupresívnych liekov, aby sa zabránilo odvrhnutiu transplantátu a zároveň riešilo nedostatok darcovských ostrovčekov. Obe metódy zapuzdrovania majú za cieľ znížiť odvrhnutie imunity a odstrániť potrebu systémovej imunosupresie, čo ponúka sľubnú cestu k zlepšeniu životaschopnosti ostrovčeka a funkčnosti pri liečbe diabetu 1. typu.
Schopnosť chrániť transplantované ostrovčeky bez potreby celoživotných imunosupresívnych liekov predstavuje možno najvýznamnejšiu výhodu technológie zapuzdrenia. Zapuzdrenie buniek by mohlo znížiť potrebu dlhodobého užívania imunosupresívnych liekov po transplantácii orgánu na kontrolu vedľajších účinkov. To by výrazne rozšírilo skupinu pacientov, ktorí by mohli mať prospech z transplantácie ostrovčekov, keďže mnohí pacienti v súčasnosti nemôžu tolerovať alebo nie sú ochotní akceptovať riziká spojené s chronickou imunosupresiou.
Odstránenie potreby imunosupresívnych liekov, zapuzdrenie technológie by mohla urobiť transplantáciu ostrovčeka vhodné pre oveľa širšiu populáciu pacientov s diabetes typu 1, nielen tých, ktorí majú najzávažnejšie a najzložitejšie-na-management ochorenia. To by mohlo transformovať transplantáciu ostrovčeka z poslednej-resortnej liečby pre malú podskupinu pacientov do životaschopnej možnosti pre mnoho ďalších jedincov, ktorí zápasia s liečbou cukrovky.
Rozšírené prežitie a funkcia ostrova
Kombinácia princípov dizajnu propagovaná ostrovčeka životaschopnosť počas trvania štúdie (4 mesiace) po transplantácii na primáty, ktoré nie sú ľuďmi bez použitia akejkoľvek imunosupresie. Oslet xenograft prežitie, rýchle zníženie glukózy v krvi a dlhodobá glykemická kontrola po dobu viac ako 200 dní sa dosiahla bez imunosupresív. Tieto výsledky ukazujú, že správne navrhnuté zapuzdrenie systémy môžu podporovať dlhodobé prežitie ostrovčeka a fungovať bez potreby imunosupresívnych liekov.
Ochranné prostredie vytvorené zapuzdrením môže potenciálne predĺžiť životnosť transplantovaných ostrovčekov nad rámec toho, čo je dosiahnuteľné samoodolnosťou. Zaistením ostrovčekov pred imunitným útokom a zabezpečením stabilného mikroprostredia môže zapuzdrenie pomôcť zachovať funkciu ostrovčeka počas dlhších období, čím sa zníži alebo odstráni potreba opakovaných transplantácií.
Umožnenie použitia alternatívnych zdrojov buniek
Použitie mikrokapsulácie by chránilo bunky ostrovčekov pred imúnnou rejeciou a umožnilo by použitie zvieracích buniek alebo geneticky modifikovaných buniek produkujúcich inzulín. Enkapsulácia bola testovaná na všetkých primárnych ľudských ostrovčekoch, ostrovčekoch ošípaných a ostrovčekoch zo kmeňových buniek a je možné, aby sa takéto technológie platforiem vyvinuli tak, aby vyhovovali rôznym typom buniek a aplikáciám na choroby.
Jednou z najvzrušujúcejších výhod technológie zapuzdrovania je jej potenciál umožniť použitie alternatívnych bunkových zdrojov mimo ľudských kataverických ostrovčekov. Nedostatok darcov orgánov predstavuje významné obmedzenie týchto postupov. Vzhľadom na svoje súčasné obmedzenia, a pretože potrebné ostrovčeky odvodené z kadáveru sú v krátkom čase zásobované, transplantácia ostrovčekov je vhodná len pre malú podskupinu ľudí s cukrovkou 1. typu.
Enkapsulácia by mohla umožniť použitie prasačích ostrovčekov, ktoré sú k dispozícii vo prakticky neobmedzených množstvách a ukázali sa, že fungujú efektívne v predklinických štúdiách. V ďalších pokusoch o zníženie imunitnej rejekcie po transplantácii xenogénnych ostrovčekov môžu byť prasacie ostrovčeky zapuzdrené v ochrannej vrstve, aby sa zabránilo rozpoznaniu imunitných buniek. V jednej štúdii boli neonatálne prasacie ostrovčeky zapuzdrené v stabilnom a priepustnom algáte a uzavreté v biokompatibilnej, imunoprotektívnej membráne a transplantované v brušnej dutine imunokompetentných diabetických myší.
Okrem toho, zapuzdrovanie technológie by mohla uľahčiť použitie ostrovčekov pochádzajúcich z kmeňových buniek, ktoré predstavujú ďalší potenciálne neobmedzený zdroj buniek produkujúcich inzulín. Výskum v beta buniek náhrada sa zamerala na vývoj škálovateľných roztokov, ako sú ostrovčeky odvodené od kmeňových buniek, v kombinácii s lokalizovanou imunosupresiou. Predbežné výsledky prebiehajúcich klinických skúšok naznačujú, že transplantácia kmeňových buniek pochádzajúcich z β buniek môže dôsledne obnoviť nezávislosť inzulínu u imunosupresívnych príjemcov s diabetom typu 1, čím signalizuje zásadný pokrok pri vytváraní neobmedzeného a jednotného prísunu buniek pre transplantáciu.
Získateľnosť a bezpečnosť
Macroencapsulation devices ponúka ďalšiu výhodu, že je možné získať späť, ak vzniknú komplikácie. Na rozdiel od rozptýlených mikrokapsulovaných ostrovčekov alebo priamo transplantovaných ostrovčekov, možno v prípade potreby chirurgicky odstrániť zariadenia na makrokapsuláciu. Táto schopnosť je dôležitým bezpečnostným prvkom umožňujúcim zásah, ak zariadenie zlyhá alebo spôsobí nepriaznivé účinky. Zariadenia si po ich opätovnom natiahnutí a opätovnom presakovaní do nových imunokompetentných diabetických myší zachovávajú svoju integritu.
Klinický pokrok a nedávny vývoj
V oblasti transplantácie zapuzdrených ostrovčekov sa v posledných rokoch zaznamenal pozoruhodný pokrok, pričom niekoľko prístupov pokročilo k klinickým skúškam a preukázalo sľubné výsledky. Tento vývoj dokazuje, že technológia zapuzdrovania sa presúva z laboratórneho výskumu do skutočného klinického využitia.
Kmeňové bunky s deliacimi žilami v klinických skúškach
V roku 2021 začala Vertex Pharmaceuticals s viac zrelými β-bunky odvodené od kmeňových buniek klinickú štúdiu fázy 1/2 (VX-880) s intraportálne transplantovanými bunkami do pečene pri imunosupresii plnej dávky. Do júna 2024 bolo podaných 12 pacientov; 11 z 12 pacientov malo výrazné zníženie alebo úplnú nezávislosť od inzulínu a všetci mali HbA1c menej ako 7,0% a percento času stráveného s glukózou v cieľovom rozsahu viac ako 70% pri kontinuálnom sledovaní glukózy. Traja pacienti s viac ako ročným následným sledovaním dosiahli primárny koncový ukazovateľ eliminácie závažnej hypoglykemickej epizódy s HbA1c menej ako 7,0% a sekundárny koncový ukazovateľ nezávislosti inzulínu.
Tieto pôsobivé výsledky s VX-880 demonštrujú potenciál ostrovčekov pochádzajúcich z kmeňových buniek obnoviť nezávislosť inzulínu a dosiahnuť vynikajúcu glykemickú kontrolu. Avšak je dôležité poznamenať, že tieto skúšky stále vyžadujú imunosupresiu. Ďalšia hranica je kombináciou ostrovčekov získaných z kmeňových buniek s technológiou zapuzdrenia, aby sa eliminovala potreba imunosupresívnych liekov.
autológna transplantácia kmeňových buniek
Klinická štúdia prvej in-ľudskej fázy I hodnotila uskutočniteľnosť autológnej transplantácie chemicky indukovaných pluripotentných ostrovčekov (CiPSC ostrovčekov) získaných z kmeňových buniek pod brušným predným plášťom rektu pre liečbu diabetu 1. typu. Pacient dosiahol trvalú nezávislosť inzulínu od 75 dní po transplantácii. Časový rozsah pacientovej cieľovej glykemickej hladiny sa zvýšil zo základnej hodnoty 43,18% na 96,21% do 4 mesiaca po transplantácii, sprevádzaný znížením glykovaného hemoglobínu, čo je ukazovateľ dlhodobých systémových hladín glukózy na nediabetickej úrovni.
Potom sa pacient ukázal stav stabilnej glykemickej kontroly, s časovým rozsahom glykemického rozmedzia viac ako 98% a glykovaného hemoglobínu približne 5%. Tento pozoruhodný výsledok demonštruje potenciál autológnych ostrovčekov získaných z kmeňových buniek obnoviť normálnu kontrolu glukózy. Aj keď táto štúdia stále používa imunosupresiu, použitie autológnych buniek (odvodených z vlastných tkanív pacienta) predstavuje dôležitý krok k zníženiu imunitnej rejekcie.
Enkapulované skúšky bunkovej liečby
V roku 2017 ViaCyte uskutočnil 1/2 fázu klinického skúšania (VC-02) využívajúceho systém PEC-Encap, ktorý zapuzdrel pluripotentné bunky zo kmeňových buniek, ktoré boli odvodené od pankreatických endodermových buniek. Zatiaľ čo skoré výsledky z tohto skúšania ukázali, že zapuzdrené bunky by mohli prežiť a produkovať C-peptid (marker produkcie inzulínu), štúdia odhalila aj výzvy súvisiace s vaskularizáciou a fibrotickou odpoveďou, ktoré obmedzovali účinnosť tohto prístupu.
CRISPR Terapeutické (predtým v spojení s ViaCyte) vykonáva prvo-in-ľudskej fázy I klinické skúšky s výskumnou, alogénny, gén-upravená, hypoimunitné kmeňových buniek-odvodené pankreatické endoderm bunky pre diabetes typu 1. Bunky sú tiež zapuzdrené v zariadení, ktoré majú byť implantované u pacientov bez imunosupresívnej liečby. Tento prístup kombinuje viac špičkových technológií
Rozšírenie transplantácie ostrova FDA-Appproved
Dňa 25. novembra 2024 začala University of Illinois Health v Chicagu terapiu v partnerstve s CellTrans. Počas 2024, CellTrans zapojil do rozsiahlych diskusií s regionálnymi a národnými programami transplantácie ostrovčekov, ktorých cieľom bolo spustiť multicentrickú implementáciu do roku 2025. LANTIDRA bola pokrytá väčšina súkromných poisťovateľov v USA pre pacientov s krehkým diabetes typu 1. Okrem toho, FDA nedávno schválila LANTIDRA lodné protokoly pre dobu použiteľnosti LANTIDRA do 48 hodín, čo uľahčuje širšiu distribúciu.
Zatiaľ čo LANTIDRA predstavuje neočarenú transplantáciu ostrovčekov vyžadujúcu imunosupresiu, jej schválenie a rozšírenie dostupnosti vytvárajú dôležitú infraštruktúru a klinické skúsenosti, ktoré podporia prípadný preklad zapuzdrených terapií ostrovčekmi do rozšíreného klinického použitia.
Výzvy, ktoré stoja pred technológiami na zachytávanie
Napriek značnému prísľubu technológií zapuzdrenia je potrebné prekonať niekoľko závažných problémov, kým tieto prístupy dosiahnu široký klinický úspech. Pochopenie týchto výziev je nevyhnutné pre pochopenie zložitosti vývoja účinných systémov zapuzdrenia a práce, ktoré je potrebné ešte vykonať.
Reakcia na cudzí organizmus a fibróza
Medzi hlavné obmedzenia pre veľké klinické použitie patrí veľká variabilita biomateriálov, s nedostatočnou biokompatibilitu vedúcu k určitej miere cudzej reakcie tela a progresívne fibrotické reakcie. Transplantácia kapsúl vedie k hostiteľovej reakcii, ktorá bude závisieť od viacerých faktorov (napríklad bunky, materiály, miesto transplantácie a pod.). Krátko po transplantácii do tkanív, odpoveď hostiteľa na transplantáciu a materiál môže pozostávať zo zápalovej odpovede s blízkymi cievami. Postupom času, zápalová odpoveď by v ideálnom prípade vyriešiť bez fibrózy a umožní vaskulárny rast susediaci s kapsulou pre výmenu živín a hormónov. Avšak, preliate antigény uvoľnené z ostrovčeka môže prispieť k imunitnej bunky náboru a aktiváciu.
Reakcia cudzieho tela predstavuje jednu z najvýznamnejších prekážok úspešného zapuzdrenia. Keď telo rozpozná implantovaný materiál ako cudzí, spustí zápalovú kaskádu, ktorá môže viesť k vytvoreniu hustej fibrotickej kapsule okolo implantovaného zariadenia alebo mikrokapsule. Toto fibrotické tkanivo pôsobí ako bariéra, ktorá obmedzuje šírenie kyslíka a živín na zapuzdrené ostrovčeky, potenciálne vedie k isletovej dysfunkcii a smrti.
Je známe, že aktivované makrofágy prijímajú myofibroblasty, ktoré ukladajú extracelulárne matričné proteíny (kolagén I/III, laminín, fibrinogén) v spojení s makrofágmi, aby vytvorili matricu obmedzujúcu živiny. Pochopenie bunkových a molekulárnych mechanizmov, ktoré sú základom odpovede cudzieho tela, bolo rozhodujúce pre rozvoj stratégií na zmiernenie tejto reakcie.
Životaschopnosť ostrovčeka vo väčších modeloch zvierat (primáty, ošípané, psy) je náročnejšia v porovnaní s hlodavcami v dôsledku silnej imunitnej reakcie, ktorá spôsobuje väčšiu fibrózu zapuzdrovacieho zariadenia, čo zhoršuje výmenu živín. Toto ďalej poukazuje na odpojenie medzi primátmi okrem človeka a najprediktívnejším modelom myší na testovanie technológií zapuzdrovania buniek ostrovčekov. Tento druhový špecifický rozdiel v odpovediach cudzieho tela bol hlavnou výzvou pri prekladaní sľubných výsledkov zo štúdií hlodavcov na humánne aplikácie.
Obmedzenia pre kyslík a výpotok živín
Hypoxia aktivuje apoptózu signál v beta bunkách, čo vedie k zníženiu životaschopnosti ostrovčeka. Okrem toho, účinná difúzna vzdialenosť štepu ostrovčeka do najbližšej cievy je 150
Zabezpečenie dostatočného prísunu kyslíka do zapuzdrených ostrovčekov predstavuje kritickú výzvu. Islety sú vysoko metabolicky aktívne tkanivá, ktoré vyžadujú podstatný kyslík správne fungovať. V rodnom pankrease, ostrovčeky sú bohato presýtené, s cievami v tesnej blízkosti každej bunky ostrovčeka. Avšak, zapuzdrenie vytvára fyzickú bariéru medzi ostrovčekmi a hostiteľa krvné zásobovanie, zvyšuje difúznu vzdialenosť pre kyslík a potenciálne vytvára hypoxické podmienky v kapsuli.
Obmedzenie difúzie kyslíka je obzvlášť problematické pre makrokapsulačné zariadenia, ktoré obsahujú veľké množstvo ostrovčekov v jednej komore. Islety v strede zariadenia môžu byť ďaleko od najbližších krvných ciev, čo vedie k kyslíkovým gradientom v zariadení. To môže viesť k centrálnej nekróze, kde ostrovčeky v strede zariadenia umierajú kvôli nedostatočnému kyslíka, zatiaľ čo tie, ktoré sú blízko periférie prežijú.
Posilnenie mikrovaskulatúry má potenciál výrazne zvýšiť prežitie zapuzdrených ostrovčekov. Boli preskúmané rôzne stratégie na riešenie obmedzenia kyslíka vrátane začlenenia kyslíkových systémov, podpory vaskularizácie okolo zariadenia a optimalizácie geometrie zariadenia na minimalizáciu difúznych vzdialeností.
Biokompatibilita a optimalizácia materiálov
Dlhodobá životnosť biomateriálov in vivo bude musieť byť testovaná a optimalizovaná špecifickou aplikáciou. Na prekladové účely musí výroba zapuzdrovacích materiálov/zapuzdrení spĺňať správne výrobné postupy a normy ISO bežne podľa regulácie zdravotníckych pomôcok.
Vývoj biomateriálov, ktoré sú skutočne biokompatibilné v dlhodobom horizonte zostáva významnou výzvou. Materiály, ktoré dobre fungujú v krátkodobých štúdiách, môžu vyvolať nežiaduce reakcie, keď implantované mesiace alebo roky. Reakcia tela na implantované materiály sa môže časom zmeniť, pričom spočiatku mierne reakcie potenciálne postupujú k závažnejšej fibróze alebo degradácii materiálu.
Okrem toho sú prísne požiadavky na výrobu a kontrolu kvality pre klinicky kvalitné zapuzdrovacie materiály. Na zapuzdrenie ostrovčekov sa používa mnoho štandardných zlatých biomateriálov, ktoré sú priamočiare na masovú výrobu. Avšak zabezpečenie konzistentnej kvality, sterility a výkonnosti vo veľkých výrobných šaržiach predstavuje významné technické a regulačné výzvy.
Výber miesta transplantácie
Výber miesta transplantácie významne ovplyvňuje úspech zapuzdrených ostrovčekov. Rôzne anatomické miesta ponúkajú rôzne výhody a nevýhody z hľadiska dostupnosti kyslíka, jednoduchosti implantácie, vytrvalosti a reakcií hostiteľa imunity. peritoneálna dutina bola široko študovaná vzhľadom na jej veľký objem a relatívnu jednoduchosť prístupu, ale problémy s kapsulovým sedimentáciou a zhlukovanie boli problematické.
Perikapsulárne fibrotické prerastenie sa ďalej znížilo, keď sa gule Z1-Y15 transplantovali do miesta Bursa omentalis v porovnaní so všeobecným intraperitoneálnym priestorom, čo môže byť znakom zníženia fibrózy materiálu obmedzením zhlukovania gule. In vitro hodnotenia vykonané na zachytených ostrovčekoch Z1-Y15 naznačujú funkčné engraftované endokrinné tkanivo, čo ďalej naznačuje, že miesto transplantácie bursa omentalis (pO2 hladiny 35,0 ± 3,2 mmHg) môže podporiť zapuzdrené ostrovčeky, ak sa nezískajú fibrotické prerasty, aby sa zabezpečila bezplatná výmena výživy.
Medzi ďalšie potenciálne miesta transplantácie, ktoré sa skúmajú, patria subkutánne priestory, omentum a dokonca aj intramuskulárne miesta. Každé miesto predstavuje jedinečné výzvy a príležitosti a identifikácia optimálneho miesta pre transplantáciu zapuzdrených ostrovčekov zostáva aktívnou oblasťou výskumu.
Výzvy na zvýšenie a výrobu
Produkcia dostatočného množstva zapuzdrených ostrovčekov na klinické použitie predstavuje významné výrobné výzvy. Typická transplantácia ostrovčekov vyžaduje státisíce až milióny ostrovčekov, z ktorých všetky musia byť zapuzdrované v konzistentnej kvalite. Pre prístupy mikrokapsulácie to znamená výrobu miliónov jednotlivých mikrokapsulí, z ktorých každá spĺňa prísne špecifikácie pre veľkosť, priepustnosť a mechanické vlastnosti.
Kontrola kvality je obzvlášť náročná pre zapuzdrené ostrovčeky. Každá dávka musí byť testovaná na životaschopnosť, funkciu, integritu kapsúl, sterilitu a bez endotoxínov. Samotný proces zapuzdrenia môže zdôrazňovať ostrovčeky, potenciálne znižovať ich životaschopnosť a funkciu. Optimalizácia zapuzdrenia protokolov na minimalizáciu poškodenia ostrovčeka pri zachovaní vysokého priepustnosti je pretrvávajúcou výzvou.
Vznikajúce stratégie na prekonanie problémov
Výskumníci aktívne vyvíjajú inovačné stratégie na riešenie výziev, ktorým čelia technológie zapuzdrovania. Tieto nové prístupy využívajú pokrok v oblasti vedy o materiáloch, bioinžinierstva, imunológie a bunkovej biológie s cieľom vytvoriť účinnejšie systémy zapuzdrenia.
Pokročilý biomateriálny dizajn
Na základe predchádzajúcich štúdií, ktoré vo všeobecnosti používali jednu alebo dve kombinované stratégie na ochranu funkcie štepu ostrovčekov, je multifunkčný zapuzdrený hydrogélový model s viacerými funkciami cestou vývoja. S neustálym pokrokom technológie by dodatočné úpravy polymérov mali dosiahnuť vyšší stupeň biologickej kompatibility.
Biomateriály novej generácie sú navrhnuté s viacerými funkčnými vlastnosťami, aby riešili viaceré výzvy súčasne. Tieto multifunkčné materiály môžu obsahovať protizápalové látky, proangiogenické faktory alebo imunomodulačné molekuly, ktoré aktívne formujú reakciu hostiteľa, a nie len poskytujú pasívnu bariéru. Chemické modifikácie tradičných materiálov, ako je alginát, sa zdokonaľujú, aby sa minimalizovali reakcie cudzieho tela pri zachovaní mechanickej stability a priepustnosti.
Výskumníci tiež skúmajú biomimetické materiály, ktoré viac pripomínajú prírodné extracelulárne matrice pankreasu. Začlenením špecifických bielkovín, rastových faktorov, alebo štrukturálne vlastnosti nájdené v prírodnom ostrovčeku mikroprostredie, tieto materiály majú za cieľ lepšie podporovať ostrovček prežitie a funkcie.
Stratégie spoluzachytávania
Mesenchymálne Stromálne bunky znižujú imunitnú odpoveď uvoľnením cytokínov a rastových faktorov a majú tiež potenciál vyvolať angiogenézu a opravu poškodených tkanív. Spoluzachytávajúce ostrovčeky s podpornými typmi buniek predstavujú sľubnú stratégiu na zvýšenie prežitia a funkcie ostrovčekov. Mesenchymálne stromálne bunky, endotelové bunky alebo iné podporné typy buniek môžu byť zahrnuté do zapuzdrenia zariadenia na zabezpečenie trofickej podpory, podporu vaskularizácie alebo moduláciu imunitných reakcií.
Začlenenie extracelulárnych matricových zložiek, endotelových buniek a vaskulárneho endotelového rastového faktora do bio-inku môže vytvoriť viac podobný model ako živé prostredie ostrovčekových buniek, čím sa zvýši ich biologická funkcia. Tento prístup vytvorenia kompletnejšieho mikroprostredia v rámci zapuzdrenia zariadenia môže lepšie podporiť dlhodobé prežitie a funkciu ostrovčeka.
3D tlač a pokročilá výroba
3D technológia tlače môže dosiahnuť rýchly výrobný výkon a udržať vysokú bunkovú vitalitu. Celkovo sa 3D tlač považuje za jeden z najsľubnejších zapuzdrení, pretože môže produkovať klinicky relevantné viaczložkové zariadenia v krátkom čase.
Trojrozmerné biotlačenie ponúka bezprecedentnú kontrolu nad architektúrou a zložením zapuzdrovacích zariadení. Táto technológia umožňuje vytváranie komplexných viacvrstvových štruktúr s presne kontrolovanými veľkosťami pórov, materiálovými kompozíciami a priestorovými usporiadaním rôznych typov buniek. Biotlačenie môže produkovať zariadenia s optimalizovanými geometriami, ktoré minimalizujú difúzne vzdialenosti a zároveň maximalizujú mechanickú stabilitu.
Schopnosť rýchlo prototypovať a testovať rôzne návrhy zariadení pomocou 3D tlače urýchľuje vývojový proces. Výskumníci môžu rýchlo iterovať prostredníctvom viacerých variantov dizajnu, aby identifikovali optimálne konfigurácie pre špecifické aplikácie. Okrem toho 3D tlač môže umožniť personalizované návrhy zariadení prispôsobené potrebám jednotlivých pacientov.
Kombinácia s úpravou génov
Tento prístup je uľahčený pokrokom v technológii na úpravu génov, ako je CRISPR-Cas9, ktoré umožňujú presnú zmenu imunitných dráh znížiť imunogenicitu štepu. Hypoimunitné inžinierstvo má potenciál predefinovať terapeutické prostredie bunkovej liečby, ako je transplantácia ostrovčekov.
Kombinácia zapuzdrenie s génom editovanie vytvoriť hypoimunitné ostrovčeky predstavuje silný synergický prístup. Gene-edited ostrovčeky so zníženou imunogenicitou môže vyžadovať menej robustnú ochranu, čo umožňuje tenšie zapuzdrenie bariér, ktoré lepšie podporujú kyslík a výživné difúzie. Prípadne, zapuzdrenie by mohlo poskytnúť ďalšiu vrstvu ochrany pre gén-edited buniek, ďalej znižuje riziko imunitnej odmietnutia.
Isletové bunky nadmerne expresívne PD-L1 poskytli trvalú homeostastázu glukózy v krvi, pričom hladiny C-peptidu u ľudí korelujú s glykemickou kontrolou po dobu viac ako 50 dní. Inžinierske ostrovčeky na expresiu imunomodulačných molekúl ako PD-L1 môžu pomôcť vytvoriť lokálne imunosupresívne prostredie, ktoré dopĺňa fyzickú bariéru poskytovanú zapuzdrením.
Systémy na dodávku kyslíka
Na riešenie jedného z najkritickejších obmedzení zapuzdrenia sa vyvíjajú inovačné prístupy k zabezpečeniu dostatočného prísunu kyslíka. Okrem zariadení na generovanie kyslíka, ktoré boli spomenuté v predchádzajúcich odsekoch, výskumníci skúmajú materiály na prenos kyslíka, systémy na dodávku kyslíka na báze perfluórokarbónov a návrhy zariadení, ktoré podporujú rýchlu vaskularizáciu okolo implantátu.
Niektoré prístupy zahŕňajú pre-vaskulárne stratégie, kde je implantačné miesto pripravené vopred na podporu tvorby krvných ciev pred implantáciou zapuzdrovaných ostrovčekov. To môže pomôcť zabezpečiť, aby bola na mieste adekvátna cievna sieť na podporu zapuzdrených ostrovčekov od momentu implantácie.
Immunomodulačné prístupy
Nedávny pokrok v transplantácii ostrovčekov je odvodený od izolačných zariadení, biomateriálových platforiem uvoľňujúcich imunomodulačné zlúčeniny alebo povrchovo upraveného pomocou imunitného ligandu, inžinierstva ostrovčekov a kotransplantácie s doplnkovými bunkami.
Namiesto spoliehania sa výlučne na fyzikálne bariéry, ďalšie generácie zapuzdrenia systémy obsahujú aktívne imunomodulačné stratégie. Tie môžu zahŕňať kontrolované uvoľňovanie protizápalových liekov, inkorporáciu imunomodulačných molekúl na povrchu kapsuly, alebo inžinierstvo kapsulového materiálu sami o sebe majú imunomodulačné vlastnosti. Aktívnou moduláciou lokálneho imunitného prostredia, tieto prístupy majú za cieľ zabrániť cudzej reakcie tela a podporovať dlhodobé biokompatibilitu.
Budúce smery a klinický preklad
Vyhýbanie sa rizikám chronickej imunosupresie predstavuje ďalšiu hranicu. Niekoľko stratégií sa dostalo do klinického výskumu alebo sa blížia k klinickému výskumu, vrátane imúnnych izolačných ostrovčekov, inžinierskych implantačných miest s privilegovanými ostrovčekmi, vykresľovanie ostrovčekov s imunitou, a vyvolanie imunotolerácie v transplantovaných ostrovčekoch. Pole transplantácie zapuzdrených ostrovčekov stojí v vzrušujúcej situácii, s viacerými sľubnými prístupmi smerujúcimi k klinickej aplikácii.
Regulačné cesty a schvaľovanie
Navigácia na regulačnú krajinu pre zapuzdrené ostrovčekové výrobky predstavuje jedinečné výzvy. Tieto produkty kombinujú biologické zložky (osánky) so zdravotníckymi pomôckami (systém zapuzdrovania), ktoré si vyžadujú starostlivé zváženie regulačných požiadaviek pre oba aspekty. Regulačné agentúry musia hodnotiť nielen bezpečnosť a účinnosť zapuzdrovaných ostrovčekov, ale aj biokompatibilitu a výkonnosť zapuzdrovacích materiálov a zariadení.
Autori diskutujú o význame tohto schválenia a o kritických krokoch potrebných na rozšírenie prístupu pacientov, ako je zvýšenie výroby, klinická integrácia, rámce náhrad, postmarketingové sledovanie a iniciatívy v oblasti vzdelávania pacientov. Schválenie LANTIDRA vytvorilo dôležité precedensy a cesty, ktoré uľahčia regulačné schválenie budúcich zapuzdrených produktov z ostrovčekov.
Riešenie nedostatku darcu
NIDDK v súčasnosti podporuje výskum zameraný na charakterizáciu a vytváranie nových zdrojov buniek produkujúcich inzulín a na odstránenie potreby imunosupresívnych liekov. Na prekonanie nedostatku kataverických ostrovčekov výskum stavia na významnom objave, ktorý podporuje NIDDK, že progenitorové bunky by mohli byť použité na výrobu veľkého množstva buniek podobných β v laboratóriu.
Vývoj neobmedzených zdrojov buniek produkujúcich inzulín pomocou technológie kmeňových buniek, v kombinácii s zapuzdrením na odstránenie potreby imunosupresie, by mohol nakoniec urobiť transplantáciu ostrovčekov široko dostupnou možnosťou liečby. Pri vývoji technológie kmeňových buniek možno neobmedzené ostrovčeky odvodené od kmeňových buniek odlíšiť in vitro a preukázať sa funkčnosť in vivo v rôznych predklinických zvieracích modeloch.
Kombinácia ostrovčekov získaných z kmeňových buniek s vyspelými zapuzdrovacími technológiami predstavuje možno najsľubnejšiu cestu vpred, aby sa transplantácia ostrovčeka sprístupnila miliónom ľudí žijúcich s cukrovkou 1. typu na celom svete. Tento prístup sa zameriava na hlavné obmedzenia transplantácie súčasného ostrovčeka: nedostatok ostrovčekov darcov a potrebu chronickej imunosupresie.
Personalizované prístupy k medicíne
Budúce zapuzdrené liečby ostrovčekov môžu zahŕňať personalizované liečebné prístupy, prispôsobenie liečby individuálnym vlastnostiam pacienta. To by mohlo zahŕňať použitie autológnych ostrovčekov odvodených z kmeňových buniek na odstránenie alogénnych imunitných odpovedí, prispôsobenie návrhov pomôcok na základe anatómie pacienta alebo výber špecifických zapuzdrovacích materiálov na základe individuálnych imunitných profilov.
Použitie pacientovo špecifických pluripotentných kmeňových buniek na vytvorenie autológnych ostrovčekov predstavuje vzrušujúcu možnosť. Aj keď je tento prístup zložitejší a drahší ako používanie alogénnych buniek, môže potenciálne eliminovať aloimunitnú a autoimunitnú rejeciu, najmä keď sa kombinuje s vhodnými stratégiami na zapuzdrenie a imunomoduláciu.
Rozšírenie aplikácií mimo typu 1. Diabetes
Preukázalo sa, že zariadenia na makrokapsuláciu sa aplikujú na kardiovaskulárne ochorenia a CAR-T bunkovú terapiu a preukázali sľubné výsledky. Tieto klinické skúšky zdôrazňujú široké využitie tejto liečby aj mimo diabetu. Technológie na zapuzdrenie, ktoré sa vyvíjajú pre transplantáciu ostrovčekov, majú potenciálne aplikácie ďaleko nad úrovňou diabetu 1. typu.
Enkapsulácia by mohla umožniť bunkové terapie pre širokú škálu stavov, vrátane iných endokrinných porúch, neurologických ochorení, zlyhania pečene a rakoviny. Princípy a technológie, ktoré sú rafinované pre ostrovčeky zapuzdrenie možno prispôsobiť chrániť a dodávať mnoho rôznych druhov terapeutických buniek. Úspech v ostrovčekov zapuzdrenie by preto mohol katalyzovať širšiu revolúciu v bunkovej medicíny.
Videnie s dlhým chodom
Na dosiahnutie lepšieho izoletového imunoizolácie je potrebný ďalší pokrok bez toho, aby sa bránilo prenosu výživy a terapeutickému podaniu inzulínu v vhodne navrhnutej matrici zapuzdrenia, ktorá pripomína pôvodné pankreatické mikroprostredie. Potrebné sú aj ďalšie štúdie účinnosti v predklinických štúdiách s väčšími zvieracími modelmi, pretože in vitro a predklinické štúdie u hlodavcov často neprekladajú na odpoveď človeka. Na záver, starostlivá optimalizácia zapuzdrenia technológie urýchli jej klinický preklad a konvenčné použitie ako terapeutická možnosť v diabetes mellitus.
Kombináciou odborných znalostí v rôznych disciplínach od elektrotechniky až po imunológiu môžu výskumníci začať riešiť viaceré výzvy, ktoré sa podieľajú na preklade zapuzdrenej bunkovej terapie z laboratória do kliniky. Budúci úspech si vyžaduje ochotu spolupracovať, kombinovať nové technológie "zariadení" s "bunkami" a pochopiť obmedzenia biologického prostredia, v ktorom musí existovať terapia ľudských buniek.
Konečným videním transplantácie zapuzdrených ostrovčekov je jednorazový postup, ktorý poskytuje dlhodobú alebo dokonca trvalú obnovu normálnej kontroly glukózy bez potreby inzulínových injekcií alebo imunosupresívnych liekov. Aj keď pretrvávajú významné výzvy, pozoruhodný pokrok, ktorý sa v posledných rokoch dosiahol, naznačuje, že táto vízia je stále dosiahnuteľnejšia. Pokračujúci výskum, klinické skúšky a zjemnenie technológií zapuzdrenia nás približujú k tomu, aby sa táto transformatívna liečba stala realitou pre ľudí s cukrovkou 1. typu.
Záver
Enkapsulačné technológie predstavujú jednu z najsľubnejších hraníc liečby cukrovky 1. typu. Poskytnutím ochrannej bariéry, ktorá chráni transplantované ostrovčekové bunky pred imunitným útokom a zároveň umožňuje priechod živín, kyslíka a inzulínu, zapuzdrenie ponúka potenciál odstrániť potrebu chronickej imunosupresie
Oblasť dosiahla pozoruhodný pokrok od skorej koncepčnej práce Thomasa Changa v 60. rokoch do dnešných sofistikovaných zapuzdrovacích systémov zahŕňajúcich pokročilé biomateriály, génovo upravené bunky, systémy prívodu kyslíka a imunomodulačné stratégie. Klinické skúšky dokazujú, že zapuzdrené ostrovčeky môžu prežiť, fungovať a poskytnúť pacientom glykemickú kontrolu, potvrdzujúc základný koncept a zároveň odhaľujú výzvy, ktoré treba prekonať.
Zostávajú významné prekážky, vrátane reakcií cudzieho tela, fibrózy, obmedzenia šírenia kyslíka a potreby zlepšenia biokompatibilných materiálov. Výskumníci však aktívne vyvíjajú inovatívne riešenia týchto výziev prostredníctvom pokročilého biomateriálu, 3D tlače, ko-opuchových stratégií a kombinovaných prístupov, ktoré integrujú zapuzdrenie s úpravou génov a imunomoduláciou.
Zbližovanie viacerých technologických pokrokov vrátane ostrovčekov pochádzajúcich z kmeňových buniek, sofistikovaných systémov zapuzdrovania, úpravy génov a pokročilej výroby
Ako výskum pokračuje a klinické skúšky postupujú, sen o funkčnom vyliečení cukrovky 1. typu prostredníctvom transplantácie zapuzdrených ostrovčekov sa stáva čoraz hmatateľnejším. Zatiaľ čo problémy zostávajú, pokrok, ktorý sa doteraz dosiahol, poskytuje silný dôvod na optimizmus, že technológie zapuzdrenia budú zohrávať ústrednú úlohu v budúcej liečbe cukrovky a potenciálne mnohých ďalších chorôb, ktoré môžu byť spojené s bunkovými terapiami.
Ďalšie informácie o transplantácii ostrovčekov a výskume cukrovky nájdete v Národnom inštitúte pre cukrovku a trávne a obličkové choroby ], v Americkom asociácii pre cukrovku , v JDRF[, Výskum transplantácie ostrovčekov a Výlety na imuniteliu] pre najnovší vývoj v tejto rýchlo sa vyvíjajúcej oblasti.