Новый имплант защитил плотно упакованные островковые клетки как от иммунного отторжения, так и от гипоксии

Сахарный диабет 1 типа развивается из-за аутоиммунного разрушения β-клеток поджелудочной железы, которое приводит к дефициту инсулина. Стандартная инсулинотерапия позволяет контролировать уровень глюкозы, но не устраняет причины болезни и сопряжена с риском гипогликемий и осложнений. Трансплантация островков Лангерганса или производных β-клеток, вырабатывающих инсулин, — перспективный метод, однако требует иммуносупрессии. Технологии макроинкапсуляции позволяют защитить трансплантированные клетки от иммунной системы без иммуносупрессии, но не могут обеспечить снабжение кислородом в слабо васкуляризированных участках, таких как подкожная клетчатка. Это снижает выживаемость клеток, особенно при высокой плотности загрузки, и препятствует клиническому применению. Группа исследователей из США разработала новую имплантируемую систему для лечения сахарного диабета 1 типа, которая обеспечивает кислородом плотно упакованные инсулинсекретирующие клетки и не требует иммуносупрессии.

Разработанная система получила название BioElectronics-Assisted Macroencapsulation (BEAM). Она состоит из миниатюрного имплантируемого электрохимического генератора кислорода (iEOG) и цилиндрической капсулы для клеток. Генератор расщепляет влагу из тканей на кислород и водород, обеспечивая непрерывную подачу кислорода через силиконовую трубку внутрь капсулы. Внешняя мембрана из нановолокон защищает трансплантат от иммунной системы, а внутренняя позволяет доставлять кислород, глюкозу и другие вещества к клеткам. Также авторы постарались избежать жестких краев конструкции, чтобы снизить риск воспаления. Пропускная способность устройства достаточна для обеспечения кислородом клинически релевантных доз клеток (600–740 тысяч островковых эквивалентов, или IEQ).

В in vitro тестах в условиях гипоксии (1% O₂) капсулы с кислородной поддержкой сохраняли морфологию и функциональность клеток инсулиномы (INS-1) и изолированных человеческих островков при высокой плотности загрузки (60 000 IEQ/мл). Без кислородной поддержки наблюдались массовая гибель клеток, деградация морфологии и потеря секреции инсулина. При подключении iEOG клетки сохраняли структуру, жизнеспособность и гормональную активность на уровне, характерном для нахождения в нормоксии. В частности, клетки обеспечивали адекватный ответ на глюкозу.

Затем авторы перешли к in vivo экспериментам на модели диабета у крыс. Капсулы с 6000 островками, подключенные к внешнему генератору кислорода, восстанавливали нормогликемию за три дня после подкожной имплантации и поддерживали ее до 88 дней. Прекращение кислородоснабжения приводило к резкому росту гликемии и потере функции β-клеток, что подтвердило необходимость постоянной подачи кислорода. Контрольные капсулы без кислорода не снижали уровень глюкозы. Гистология подтвердила, что структура клеток сохранялась только в полноценных, но не лишенных кислорода имплантах; также в них наблюдалось нормальное окрашивание на инсулин и глюкагон.

Авторы уточняют — хотя устройство имело довольно крупные размеры относительно модельной крысы (длина капсулы составляла 2 см), его возможно сделать компактнее благодаря возможности плотной загрузки клеток.

Таким образом, система BEAM обеспечивает длительное и контролируемое кислородоснабжение, которое позволяет упаковывать инсулинпродуцирующие клетки с высокой плотностью, сохраняя их жизнеспособность и функцию в гипоксичных условиях подкожной имплантации. Это позволит создавать клинически применимые устройства для лечения диабета 1 типа без иммуносупрессии. Технология масштабируема и совместима с минимально инвазивной установкой, а размер устройства в перспективе можно оптимизировать для удобного ношения пациентом.

Механизм защиты β-клеток при диабете 1 типа можно «позаимствовать» у раковых клеток