Células de los islotes pancreáticos encapsuladas junto con microesferas que liberan un fármaco que aumenta la viabilidad en entornos con poco oxígeno. Las microesferas tienen flechas apuntando hacia ellas; las manchas más grandes son las células. Crédito:Kevin Kim
Una microesfera portadora de fármacos dentro de una microcápsula portadora de células podría ser la clave para trasplantar células del páncreas de cerdo secretoras de insulina en pacientes humanos cuyas propias células han sido destruidas por la diabetes tipo I.
En un nuevo estudio in vitro realizado por ingenieros de la Universidad de Illinois, las células secretoras de insulina, llamados islotes, mostró una mayor viabilidad y función después de pasar 21 días dentro de pequeñas cápsulas que contienen cápsulas aún más pequeñas que contienen un medicamento que hace que las células sean más resistentes a la falta de oxígeno. Los resultados fueron publicados en la revista Entrega de fármacos e investigación traslacional .
Los investigadores han estado explorando formas de trasplantar islotes pancreáticos para tratar la diabetes tipo I a largo plazo. eliminando la necesidad de un control continuo de la glucosa y las inyecciones de insulina. Sin embargo, Hay una serie de desafíos para este enfoque.
"Primero, necesitas islotes viables que también sean funcionales, para que segreguen insulina cuando se exponen a la glucosa, ", dijo el profesor de ingeniería eléctrica e informática de Illinois, Kyekyoon" Kevin "Kim, el líder del nuevo estudio. Los islotes de humanos son escasos, él dijo, pero el tejido de cerdo es abundante, y la insulina porcina se ha utilizado para tratar la diabetes desde la década de 1920.
Una vez que los islotes se aíslan del tejido, el próximo gran desafío es mantenerlos vivos y funcionando después del trasplante.
Para evitar que las células trasplantadas interactúen con el sistema inmunológico del receptor, están empaquetados en diminutos, cápsulas semipermeables. El tamaño y la porosidad de la cápsula son importantes para permitir que el oxígeno y los nutrientes lleguen a los islotes mientras se mantienen alejadas las células inmunitarias.
El método que desarrollaron los ingenieros de Illinois les permite hacer pequeños, cápsulas uniformes y controlar el tamaño, permitiendo una técnica de cápsula dentro de una cápsula. Crédito:Kevin Kim
"Las primeras semanas después del trasplante son muy cruciales porque estos islotes necesitan oxígeno y nutrientes, pero no tienen vasos sanguíneos que los proporcionen, "dijo Hyungsoo Choi, co-líder del estudio y científico investigador senior en ingeniería eléctrica e informática en Illinois. "Más críticamente, la falta de oxígeno es muy tóxica. Se llama hipoxia y eso destruirá los islotes ".
Kim y Choi han desarrollado métodos para fabricar tales microcápsulas para diversas aplicaciones de ingeniería y se dieron cuenta de que podían usar las mismas técnicas para fabricar microcápsulas para aplicaciones biológicas. como la administración de fármacos y los trasplantes de células. Su método les permite utilizar materiales de alta viscosidad, para controlar con precisión el tamaño y la relación de aspecto de las cápsulas, y para producir microcápsulas de tamaño uniforme con alto rendimiento.
"Para un paciente típico, necesitaría alrededor de 2 millones de cápsulas. La producción con cualquier otro método que sepamos no puede satisfacer esa demanda fácilmente. Hemos demostrado que podemos producir 2 millones de cápsulas en cuestión de 20 minutos aproximadamente, "Dijo Kim.
Con tal control y alta capacidad de producción, los investigadores pudieron fabricar microesferas diminutas que se cargan con un fármaco que mejora la viabilidad celular y que funcionan en condiciones hipóxicas. Las microesferas se diseñaron para proporcionar una liberación prolongada del fármaco durante 21 días. Los investigadores empaquetaron islotes de cerdos y las microesferas juntas dentro de microcápsulas, y durante las siguientes tres semanas los comparó con islotes encapsulados que no tenían las microesferas que contenían el fármaco.
Después de 21 días, alrededor del 71 por ciento de los islotes empaquetados con las microesferas liberadoras de fármacos siguieron siendo viables, mientras que solo alrededor del 45 por ciento de los islotes encapsulados por sí mismos sobrevivieron. Las células con las microesferas también mantuvieron su capacidad para producir insulina en respuesta a la glucosa a un nivel significativamente más alto que aquellas sin las microesferas.
Próximo, los investigadores esperan probar su técnica de microesferas dentro de una microcápsula en animales pequeños antes de buscar ensayos en animales o humanos más grandes.
