Små lægemiddelleverende kapsler kunne opretholde transplanterede insulinproducerende celler

En lægemiddelbærende mikrosfære i en cellebærende mikrokapsel kunne være nøglen til at transplantere insulinudskillende svinepancreasceller til humane patienter, hvis egne celler er blevet ødelagt af type I diabetes.

I en ny in vitro undersøgelse foretaget af University of Illinois ingeniører, de insulinudskillende celler, kaldet holme, viste øget levedygtighed og funktion efter at have tilbragt 21 dage inde i bittesmå kapsler indeholdende endnu mindre kapsler med et lægemiddel, der gør cellerne mere modstandsdygtige over for iltsvind. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Lægemiddellevering og translationel forskning .

Forskere har undersøgt måder at transplantere bugspytkirteløer for at behandle type I diabetes på lang sigt, eliminerer behovet for kontinuerlig glukoseovervågning og insulininjektioner. Imidlertid, der er en række udfordringer ved denne tilgang.

"Først, du har brug for levedygtige øer, der også er funktionelle, så de udskiller insulin, når de udsættes for glukose, " sagde Illinois el- og computeringeniørprofessor Kyekyoon "Kevin" Kim, lederen af ​​den nye undersøgelse. Øer fra mennesker er få, han sagde, men svinevæv er der rigeligt med, og svineinsulin er blevet brugt til at behandle diabetes siden 1920'erne.

Når først øer er isoleret fra væv, den næste store udfordring er at holde dem i live og fungerende efter transplantation.

For at forhindre de transplanterede celler i at interagere med modtagerens immunsystem, de er pakket i bittesmå, semipermeable kapsler. Kapselstørrelsen og porøsiteten er vigtige for at tillade ilt og næringsstoffer at nå øerne og samtidig holde immunceller ude.

"De første par uger efter transplantationen er meget afgørende, fordi disse øer har brug for ilt og næringsstoffer, men har ikke blodkar til at give dem, " sagde Hyungsoo Choi, studiets medleder og seniorforsker i elektro- og computerteknik ved Illinois. "Mest kritisk, mangel på ilt er meget giftig. Det kaldes hypoxi, og det vil ødelægge holmene."

Kim og Choi har udviklet metoder til fremstilling af sådanne mikrokapsler til forskellige tekniske applikationer og indså, at de kunne bruge de samme teknikker til at lave mikrokapsler til biologiske applikationer, såsom medicinafgivelse og celletransplantationer. Deres metode giver dem mulighed for at bruge materialer med høj viskositet, for præcist at kontrollere størrelsen og billedformatet af kapslerne, og at fremstille mikrokapsler med ensartet størrelse med høj gennemstrømning.

"For en typisk patient har du brug for omkring 2 millioner kapsler. Produktion med enhver anden metode, vi kender, kan ikke imødekomme denne efterspørgsel let. Vi har demonstreret, at vi kan producere 2 millioner kapsler i løbet af 20 minutter eller deromkring, " sagde Kim.

Med en sådan kontrol og høj produktionskapacitet, forskerne var i stand til at lave små mikrosfærer, der er fyldt med et lægemiddel, der forbedrer cellernes levedygtighed, og som fungerer under hypoksiske forhold. Mikrosfærerne blev designet til at give en forlænget frigivelse af lægemidlet over 21 dage. Forskere pakkede griseøer og mikrosfærerne sammen i mikrokapsler, og i løbet af de næste tre uger sammenlignede dem med indkapslede øer, der ikke havde de lægemiddelholdige mikrosfærer.

Efter 21 dage, omkring 71 procent af øerne pakket med de lægemiddelfrigørende mikrosfærer forblev levedygtige, mens kun omkring 45 procent af de øer, der var indkapslet på egen hånd, overlevede. Cellerne med mikrosfærerne bevarede også deres evne til at producere insulin som reaktion på glukose på et væsentligt højere niveau end dem uden mikrosfærerne.

Næste, forskerne håber at teste deres mikrosfære-i-en-mikrokapsel-teknik i små dyr, før de ser mod større dyre- eller menneskeforsøg.