Kako raziskovalci izboljšujejo preživetje celic iz otoka po presaditvi

Transplantacija otočnih celic ponuja upanje za bolnike s sladkorno boleznijo tipa 1 z obnovo proizvodnje insulina. Vendar pa ostaja velik izziv: zagotavljanje preživetja in učinkovitega delovanja presajenih celic skozi čas. Nedavne raziskave so se osredotočile na različne strategije za izboljšanje preživetja celic otočkov po presaditvi, povečanje stopnje uspešnosti tega obetavnega zdravljenja. Področje hitro napreduje, s prodori v biomaterialih, urejanjem genov in imunomodulacijo, ki potiska meje, kar je mogoče. Ta članek raziskuje glavne izzive, s katerimi se sooča presaditev otočkov, in inovativne pristope, ki jih raziskovalci prevzemajo, da bi jih premagali, s čimer bi ta terapija postala trajna, splošna možnost za ljudi, ki živijo s sladkorno boleznijo tipa 1.

Razumevanje transplantacije otočnih celic

Transplantacija otočnih celic vključuje izolacijo beta celic, ki proizvajajo insulin, iz trebušne slinavke umrlega darovalca in njihovo vlivanje v jetra prejemnika s sladkorno boleznijo tipa 1. Ko te celice vstavijo v portalno veno, lahko zaznajo raven glukoze v krvi in ustrezno izločajo insulin, kar posnema naravno regulativno funkcijo zdrave trebušne slinavke. Postopek se običajno izvaja pod lokalno anestezijo in vključuje kateter, vstavljen v portalno veno, ki omogoča otočke v jetra. Te celice kljub temu, da se jim lahko v telesu pojavi zaloga krvi in začnejo proizvajati insulin. Za mnoge prejemnike je lahko rezultat dramatično zmanjšanje hudih hipoglikemičnih epizod in izboljšan glikemični nadzor, ki jim pogosto omogoča zmanjšanje ali celo prekinitev zunanjih injekcij insulina. Vendar kljub življenjskemu potencialu postopek še ni standardno zdravilo. Dolgoročni uspeh ostaja omejen, in večina prejemnikov presaditve zahteva več infuzij za dosego trajne neodvisnosti od insulina. Prim ozko grlo je slaba stopnja preživetja presadljenih otočkov celic, ki lahko pade za kar 60–80 % v prvih dneh in tednih po presaditvi.

Izzivi za preživetje otočnih celic

Osnovne ovire za preživetje otočkov vključujejo imunsko zavrnitev, pomanjkanje oskrbe s krvjo in sovražno okolje v telesu prejemnika. Ti dejavniki lahko vodijo do vnetja, apoptoze in celične smrti, kar zmanjšuje učinkovitost presaditve. Razumevanje teh ovir je ključnega pomena za oblikovanje intervencij, ki lahko zaščitijo celice in podaljšajo njihovo funkcionalno življenjsko dobo.

Imunska zavrnitev

Prejemnikov imunski sistem pogosto napade presaditvene celice, jih dojema kot tuje. Tudi pri uporabi imunosupresivnih zdravil, imunski odziv je lahko hiter in destruktivni. Tako prirojene in prilagodljive roke imunskega sistema igrajo vloge: makrofagi in nevtrofilci infiltrirajo na mesto presaditve v nekaj urah, sproščajo provnetne citokine, ki poškodujejo otočje. Kasneje, T celice in protitelesa ciljne antigene darovalcev, kar vodi do kronične zavrnitve. Imunosupresivni režimi – običajno vključno s takrolimusom, sirolimusom in kortikosteroidi – pomagajo, vendar pridejo z znatnimi stranskimi učinki, kot so nefrotoksičnost, povečano tveganje za okužbo in presnovne motnje. Poleg tega te droge ne zagotavljajo dolgoročnega preživetja; mnogi bolniki doživijo postopno izgubo funkcije otočkov.

Omejena oskrba s krvjo in hipoksija

Po presaditvi, otočne celice zahtevajo hitro revaskularizacijo za sprejem kisika in hranil. Zamude ali neuspehi v rasti krvnih žil lahko privedejo do celične smrti. V jetrih, otočki so deponirani v portalnem venskem sistemu, kjer se nahajajo v majhnih sinusoidov. Ta mesta so relativno hipoksična v primerjavi z avtohtono trebušno slinavko, ki ima bogato kapilarno mrežo. Otočne celice so zelo presnovno aktivni in občutljivi na pomanjkanje kisika. Brez robustnega in hitrega procesa revaskularizacije, celice so podvržene hipoksični poškodbi in nekrozi. Eksperimentalne študije kažejo, da se revaskularizacija začne v nekaj dneh, vendar lahko traja do dva tedna; v tem oknu, veliko otočkov se izgubi. Raziskovalci aktivno razvijajo strategije za pospešitev nastajanja krvnih žil in izboljšanje dovajanja kisika na mesto presadka.

Vnetje mikrookolja

Takojšen vnetni odziv, ki ga sproži postopek presaditve, prispeva tudi k celični smrti. Takojšnja prek krvi posredovana vnetna reakcija (IBMIR) se pojavi, ko infundirani otočki pridejo v stik s krvjo, aktivirajo komplement kaskado in koagulacijske poti. To vodi v nastanek strdkov in novačenje imunskih celic na površino otočkov, kar povzroči zgodnje uničenje. Poleg tega jetrne rezidenčne imunske celice, vključno s celicami Kupffer, sproščajo vnetne citokine, ki še dodatno ogrožajo otočje vitalnosti. Kombinacija hipoksije, imunskega napada in vnetja ustvarja sovražno mikrookolje, ki izziva celo najbolj robustne otočne pripravke.

Inovativne strategije za izboljšanje

Raziskovalci raziskujejo več pristopov za izboljšanje preživetja otočkov, vsak je usmerjen v drug vidik problema. Ti vključujejo tehnike enkapsulacije, genske spremembe, spodbujanje revaskularizacije in imunomodulacijo. Mnoge od teh strategij se preskušajo v kombinaciji, da bi zagotovili večplastno obrambo za presajene celice.

Tehnike inkapsulacije

Eksplozija celic in inzultatov v biokompatibilnih materialih, da se jih zaščiti pred imunskim napadom. Cilj je ustvariti polpropustno pregrado, ki omogoča, da kisik, glukoza in insulin prehajajo skozi, medtem ko blokirajo večje imunske molekule in celice. Obstajata dve glavni vrsti: makroenkapsulacije, kjer so številni otočki postavljeni v veliko napravo (pogosto vgnezdeni pod kožo ali v peritoneju) in mikroenkapsulacije, kjer so posamezni otočki prevlečeni s tanko plastjo hidrogela, običajno alginata, pridobljenega iz morskih alg. Napredki v alginatnem farmacevtskem sistemu so ustvarili formulacije, ki zmanjšujejo fibrotično preobrazbo in ohranjajo dolgotrajno prepustnost. Podjetja, kot so ViaCyte[ (danes del Vertex farmacevtskih celic, pridobljenih iz matičnih celic, v napravah, ki so sedaj v kliničnih preskušanjih.

Genetska sprememba

Genetska sprememba ponuja močno orodje za neposredno povečanje odpornosti otočkov. Znanstveniki uporabljajo tehnike, kot so CRISPR-Cass9 za urejanje otočnih celic pred presaditvijo, vstavljanje genov, ki dajejo odpornost proti imunski zavrnitvi ali izboljšanje presnovne funkcije. Na primer, vstavljanje genov za antiapoptotične beljakovine (npr. Bcl-2) ali za encime, ki nevtralizirajo reaktivne kisikove vrste, lahko pomaga otočkom, da vzdržijo oksidativni stres, ki se pojavlja v jetrih. Raziskovalci razvijajo tudi »imunske evazivne« otočke, ki nimajo večjih histokompatibilnih kompleksov (MHC) razreda I, zaradi česar so nevidni za T celice. Drug pristop vključuje izražanje imunomodulatornih molekul, kot sta PD-L1 ali CTLA-4-Ig na otočni površini, da bi sprožili lokalno imunsko supresijo brez sistemskih učinkov.

Spodbujanje revaskularizacije

Za reševanje kritičnega vprašanja omejene oskrbe s krvjo raziskovalci delajo na spodbujanju hitre revaskularizacije okoli presajenih otočkov. To vključuje vključevanje rastnih dejavnikov, kot so vaskularni endotelijski rastni faktor (VEGF) in rastni faktor fibroblast (FGF) na mesto presajanja. Strategije vključujejo otočke, ki vežejo heparin, vpletajo mikrokroglice rastnega faktorja v pripravo otočkov ali z gensko terapijo, da bi se otočki izločali angiogeni dejavniki. Drug inovativni pristop so kotransplantacijski otočki z mesenhimskimi matičnimi celicami (MSC), ki naravno proizvajajo vrsto trofičnih dejavnikov, ki podpirajo angiogenezo in imuno modulacijo. Klinične študije so pokazale, da lahko MSC izboljšajo otočni presadek in funkcijo, in se preskušajo v tekočih poskusih. Poleg tega se razvijajo biomaterialni odri, ki posnemajo zunajcelično matrico in sproščajo proangiogenezne dejavnike, da bi ustvarili podporno nišo za otoke, tako v jetrih jeter kot v drugih mestih ali pod kožo.

Imunomodulacija

Imunomodulacija je namenjena nadzoru imunskega odziva bolj specifično kot široko imunosupresijo, zmanjšanju stranskih učinkov, medtem ko ščiti otočke. Več strategij je v preiskavi. V zgodnjih kliničnih preskušanjih se preskušajo infuzije razširjenih avtolognih Treg, ki zavirajo delovanje regulatornih T celic (Tregs), ki zavirajo efektor T celic, reaktivnih na antigene darovalcev. V predkliničnih modelih se preskušajo tudi infuzije razširjenih avtolognih Treg, ki so hkrati s tem povezane s transplantacijo otočkov. Drug pristop uporablja sostimulativne blokade, kot je belatacept, da zavirajo aktivacijo T celic brez nefrotoksičnih učinkov zaviralcev kalcinevrina. Monoklonska protitelesa proti CD3, CD20 ali komplementarne komponente so v predkliničnih modelih pokazale obljubo. Poleg tega lokalna imunomodulacija – dovajanje imunosupresivnih zdravil neposredno na mesto presadka s polimeri s počasnim sproščanjem – lahko tudi zmanjšajo sistemsko izpostavljenost. Raziskovalci raziskujejo tolerančne indukcijske protokole, ki uporabljajo dono kostni moze ali hematopoetične matične matične matične matične celice za ustvarjanje, kjer imunski sistem

Vloga hipoksije in dostavljanja kisika

Hipoksija je osrednji dejavnik smrti otočkov v obdobju po presaditvi. Tudi z revaskularizaciji so prvi dnevi kritični. Zato raziskovalci raziskujejo tudi neposredne metode dodajanja kisika. Na primer, naprave za makroinkapsulacijo lahko povežemo z zunanjim virom kisika ali pa so opremljene z materiali za ustvarjanje kisika. Ena od takšnih naprav, βAir (iz Beta O2 Technologies), uporablja notranjo komoro za dovajanje kisika, ki se polni preko podkožnega postanka. Klinični poskusi so pokazali, da lahko ta naprava vzdržuje človeško otočje funkcijo več kot eno leto, čeprav zahteva vsakodnevno ponovno polnjenje kisika. Drug pristop uporablja emulzije perfluoroogljika, ki lahko prenašajo velike količine kisika in se vlijejo z otočki za izboljšanje lokalne oksigenacije. Biorazgradljivi vsaditveni vsadki, ki počasi sproščajo kisik s kemičnimi reakcijami, so tudi v razvoju. Te strategije so namenjene premostitvi vrzeli med presaditvijo in revaskularizacijo, dramatično zmanjšajo zgodnje izgube otočkov.

Alternativna mesta za presajanje

Medtem ko so jetra standardno mesto za infuzijo otočkov, je daleč od ideala. Jetra so hipoksična, vsebuje imunske celice, in osebe otočkov do visoke koncentracije portalne krvi, ki jih lahko poškoduje. Raziskovalci raziskujejo alternativne mesta, kot so omentum, podkožni prostor, želodčne submukoze, in celo kostni mozeg. Omentum je še posebej obetaven, ker ima bogato oskrbo s krvjo in veliko zmogljivost za angiogenezo. V predkliničnih študijah in majhnih kliničnih preskušanjih, otočki, presajeni v omenci kažejo boljše preživetje in delovanje. Subkutani prostor ponuja prednost lažjega dostopa in nadzora, vendar njegova omejena vaskularnost zahteva spremembo s skeli ali rastnimi dejavniki. Druga zanimiva možnost je uporaba "bioarticialne trebušne slinavke" naprave, ki se ogreje v zaščitenem okolju, pogosto vstavljena v podkožjem prostoru, s pristanišči za dovajanje kisika in hranil. Te naprave se premikajo proti kliničnemu testiranju in bi lahko zagotovila varno, relettriabilno platformo za presaditev.

Klinična preskušanja in napredek pri prevajanju

Napredek pri preživetju otočnih celic se v kliniki prevaja. Več kliničnih preskušanj, ki potekajo, preizkuša te strategije z glavo v glavo. Na primer, ]NCT03920397 [], ocenjuje uporabo nove tehnologije enkapsulacije pri bolnikih s sladkorno boleznijo tipa 1. V drugem preskušanju raziskujejo kombinacijo presaditve otočkov z MSC s soinfuzijo, da bi izboljšali rezultate. Podatki iz teh študij so pričakovani v prihodnjih letih. Medtem je klinični konzorcij za prenos otočja (CIT) vzpostavil standardizirane protokole, ki so izboljšali splošno stopnjo uspešnosti, pri čemer mnogi centri poročajo o neodvisnosti insulinatorja za več kot 50 % v enem letu po presaditvi. Uvedba novejših imunosupresivnih režimov, kot so T-celični zaviralci in belatacept, je zmanjšala stopnjo izgube presadka. Vendar pa je trajnost še vedno ključna ovira; za pet let, le manjšina bolnikov, ki so odvisni. Dolgoročne študije so se osredotočajo na prepoznavanje biomarkerjev presadka, kot koristni učinek.

Prihodnji obeti in sklep

Napredki v biomaterialih, urejanju genov in imunologiji so pot trajnejši in učinkovitejši presadki otočnih celic. Zbliževanje teh tehnologij kaže, da je v naslednjem desetletju mogoče doseči funkcionalno zdravilo. Na primer, Inštitut za raziskave o sladkorni bolezni Univerze v Miamiju si prizadeva ustvariti "zaščiteni celični izdelek" z uporabo iz izvornih celic, ki so nameščene v biozdružljivi napravi, ki vključuje dovajanje kisika in imunomodulacijo. Podobno podjetje Vertex spodbuja program celične terapije z uporabo izvornih celičnih izločkov brez enkapsulacije, ki se opirajo na imunosupresivnost, da bi zaščitilo celice in rezultate, ki so obetavni.