Подкожная трансплантация островков Лангерганса позволяет контролировать диабет 1 типа

Диабет 1 типа — заболевание, при котором иммунная система уничтожает секретирующие инсулин бета-клетки. Бета-клетки находятся в островках Лангерганса — гормон-секретирующих скоплениях клеток в поджелудочной железе. Трансплантация этих скоплений имеет высокий потенциал для лечения диабета 1 типа, однако требует преодоления ряда сложностей. Так, для предотвращения отторжения трансплантата требуется подавление иммунитета. В случае инкапсуляции и изоляции трансплантата затрудняется выброс гормонов в организм. Группа ученых из США разработала систему, позволяющую решить эти проблемы.

Прибор получил название «неоваскуляризируемая трансплантируемая система для доставки и инкапсуляции клеток» (Neovascularized Implantable Cell Homing and Encapsulation device, NICHE). NICHE предназначен для подкожной трансплантации и состоит из двух резервуаров. Первый, несущий непосредственно трансплантируемые клетки, заключен в двухслойную сетчатую стенку. Внутренний слой с ячейками 300×300 мкм дает структурную поддержку. Внешний слой с ячейками 100×100 мкм обеспечивает разрастание сосудов внутрь системы, удерживая при этом трансплантируемые клетки внутри. Васкуляризация трансплантата нужна для прямой и стабильной доставки гормонов в организм реципиента. При первичной трансплантации резервуар заполняется гидрогелем, несущим мезенхимальные стволовые клетки, провоцирующие разрастание сосудов.

Второй резервуар представлен плотностенным U-образным контейнером, окружающим первый резервуар и сообщающимся с ним восемью отверстиями 1×1 мм. Данный резервуар несет в себе иммуносупрессивные препараты. Доставка иммуносупрессоров непосредственно в ближайшее окружение трансплантата позволяет предотвратить отторжение, не оказывая при этом пагубного системного влияния на иммунитет реципиента. Оба резервуара оснащены окошками, закрытыми мембраной, для пополнения при помощи подкожных инъекций.

NICHE изготавливается по технологии 3D печати. Ученые протестировали два материала: фотополимерную смолу и пластик PA 2200. Оба материала показали высокий уровень биосовместимости, сравнимый с медицинским титаном. Однако системы из фотополимерной смолы не позволяли достичь васкуляризации трансплантата, в отличие от PA 2200. По это причине для дальнейших тестов системы изготавливались из PA пластика.

Проведенная in vitro оценка скорости высвобождения иммуносупрессоров показала, что молекулы поменьше, в качестве которых выступал химерный белок с доменом CTLA4 и человеческим IgG1 (CTLA4Ig), вначале высвобождаются с высокой скоростью (около 18% препарата в день в первые два дня), после чего скорость высвобождения быстро снижается и стабилизируется на уровне 1–2% в день вплоть до 30 дней. Крупные молекулы, в данном случае IgG, высвобождаются со скоростью 5–8% препарата в день в первые десять дней. Далее скорость высвобождения снижается вплоть до приблизительно 0,5% к 30-му дню. Такие показатели позволяют достигнуть клинических стандартов внесения иммуносупрессоров. При этом локальная иммунотерапия не нарушает процесс формирования сосудов и безопасна для самого трансплантата.

Для исследования in vivo ученые использовали крыс линии Lewis в качестве доноров и крыс линии Fischer 244 в качестве реципиентов. Крысам-реципиентам вживлялась система NICHE, несущая гидрогель со стволовыми клетками. После этого следовал период пре-васкуляризации системы продолжительностью шесть недель. На второй неделе после трансплантации у крыс индуцировали развитие диабета инъекцией стрептозотоцина, токсичного для бета-клеток. После периода пре-васкуляризации крысы начинали получать иммуносупрессоры. Животных случайным образом распределили на три группы: группе «NICHE» препараты (CTLA4Ig и сыворотку, содержащую антитела к лимфоцитам) вводили в резервуар системы; группа «IP» получала препараты классическим системным методом; группа «No IS» не получала иммуносупрессоров. Через три дня после начала иммунотерапии производилась трансплантация островков Лангерганса.

На 28-й день после трансплантации у крыс групп NICHE и IP значительно снижались уровни глюкозы в крови (BG) по сравнению с группой No IS (375,07–399,84 мг/дл против 520,43 мг/дл соответственно). На 31-й день проводилась повторная трансплантация островков. Через десять дней после нее 66,7% (8 из 12) животных из группы NICHE и 62,5% (5 из 8) из группы IP демонстрировали нормальные уровни BG. Ни одно животное из группы No IS не достигло нормальных уровней глюкозы. У крыс, достигших нормальных уровней BG, производилась эксплантация системы NICHE на 115-й или 193-й дни после трансплантации. У всех животных после эксплантации наблюдалось повторное развитие диабета.

Ученые также продемонстрировали эффективность системы NICHE для локальной иммунотерапии трансплантата. У подопытных животных наблюдался выраженная иммуносупрессия в тканях трансплантата. При этом содержание иммунных клеток в плазме крови оставалось нормальным, что свидетельствует о минимальном поступлении иммуносупрессоров из системы NICHE в организм.

Эффективность системы NICHE была дополнительно проверена на шести макаках-крабоедах. Исследование показало результаты, схожие с работой на крысах.

Таким образом, ученые представили новую систему, позволяющую обеспечивать длительный контроль диабета 1 типа при помощи подкожной трансплантации островков Лангерганса и локальной иммуносупрессии. Авторы считают, что система имеет высокий потенциал для клинического применения.

Бета-клетки в упаковке из нановолокна дольше проживут в организме пациента с диабетом