En un modelo animal, la técnica ha mejorado la tasa de supervivencia de las células productoras de insulina trasplantadas, la restauración de la producción de insulina en respuesta a niveles de glucosa en sangre y el curado de estos animales diabéticos.
La tecnología también podría ayudar a los pacientes que deben tener su páncreas eliminado debido a pancreatitis grave, una enfermedad inflamatoria.
Con el uso de la combinación de materiales y proteínas, los investigadores evaluaron varias ubicaciones para la implantación de los grupos de células de los islotes, es la primera vez que tal comparación directa de los sitios de trasplante se ha hecho.
“Hemos diseñado un material que puede ser utilizado para trasplantar islotes y promover la vascularización y la supervivencia de los islotes para mejorar su función”, dijo Andrés García, Profesor regente en la Facultad de Ingeniería Mecánica Woodruff en el Instituto de Tecnología de Georgia. “Estamos muy entusiasmados con esta investigación, ya que podría tener beneficios inmediatos del paciente si esto tiene éxito en los seres humanos”.
La investigación, apoyada por la Fundación de Investigación de Diabetes Juvenil y los Institutos Nacionales de Salud, se publicó en la revista Advances Science.
La diabetes tipo 1 afecta a millones
Aproximadamente el 10% de las personas con diabetes tienen diabetes tipo 1, también conocida como diabetes juvenil, una enfermedad caracterizada por la incapacidad del cuerpo para producir insulina.
Para controlar la enfermedad, los pacientes deben con frecuencia probar sus niveles de glucosa e inyectarse insulina para mantener el equilibrio adecuado.
Sin embargo, algunos pacientes sufren episodios de hipoglucemia que amenazan la vida, y la enfermedad tiene otras consecuencias graves para la salud.
Los médicos han experimentalmente trasplantando los islotes pancreáticos en los seres humanos durante décadas, pero tanto como 60 por ciento de los islotes trasplantados mueren inmediatamente, ya que están separados de su suministro de sangre y se matan por una respuesta inmune debido a la inyección directa en el torrente sanguíneo, y los que sobreviven el trasplante por lo general mueren dentro de varios meses.
En las pruebas realizadas hasta el momento, los islotes se han colocado en la vasculatura del hígado, que tiene suministro de sangre significativa, pero podría no ser el lugar ideal debido al entorno inmunológico hostil.
La ingeniería de una nueva solución
Así García y sus colaboradores, incluyendo Georgia Tech, investigadora postdoctoral y la primera autora Jessica Weaver, se dispusieron a diseñar un nuevo enfoque para el trasplante de las células.
Ellos desarrollaron un nuevo material de hidrogel de polímero degradable utilizado para entregar las células a medida que se inyectan en el cuerpo. Y ellos incorporaron el gel de una proteína conocida como factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF), que estimula el crecimiento de vasos sanguíneos en las células trasplantadas.
“Los islotes trasplantados necesitan una gran cantidad de oxigenación y una conexión con el sistema circulatorio del cuerpo para detectar los niveles de glucosa y el transporte de la insulina”, señaló García. “Además de proteger los islotes, nuestro material de ingeniería promueve la formación de nuevos vasos sanguíneos para nutrir las células”.
VEGF se ha intentado antes, pero en cantidades demasiado grandes, se estimula el crecimiento de los vasos sanguíneos con fugas que no proporcionan a largo termino una oxigenación. Demasiado poco VEGF no genera rápidamente vasos suficientes para mantener los islotes trasplantados, que son grupos que contienen cientos de células. Sin vasculatura suficiente en los racimos, las células en el centro no sobreviven.
Weaver utilizó ratones diabéticos para comparar lugares en el cuerpo donde se podrían colocar las células trasplantadas. Estudió ubicaciones en el hígado, debajo de la piel, en las regiones del mesenterio cerca de los intestinos y en una almohadilla de grasa del epidídimo en el abdomen.
“Hemos sido capaces de estudiar los sitios de trasplante en paralelo y realmente mirar los pros y los contras de cada uno para comparar las tasas de supervivencia de las células en cada área”, dijo Weaver.
“Las células del islote son muy valiosas porque tenemos tan pocas de cada donante. Necesitamos a todos para ayudar a un paciente con diabetes tipo 1”.
“En la ubicación del hígado, se requiere un mínimo de tres donantes para obtener suficientes islotes trasplantables para proporcionar control de la glucosa en un solo paciente. Si los investigadores pudieran reducir la pérdida de células, podrían un día tratar dos o incluso tres veces el número de pacientes a partir del número limitado de donantes cadavéricos disponibles», señaló García.
Evaluación de la técnica
Weaver estudió los modelos animales durante 100 días, y se encontró que los racimos de los islotes trasplantados con el hidrogel y VEGF desarrollaron muchos vasos sanguíneos y se injertaron en sus nuevas ubicaciones.
Como era de esperar, el material de hidrogel desapareció y fue reemplazado por tejido nuevo que creció alrededor de los islotes.
Para realizar el seguimiento de la viabilidad a largo plazo de las células de los islotes, se utilizaron células con un gen que produce una luminiscencia verde cuando se excita por ciertas longitudes de onda de luz.
Mediante la medición de la señal de regresar a los lugares de trasplante, ella fue capaz de determinar cuántas de las células sobrevivieron. La introducción de un medio de contraste en el torrente sanguíneo y luego le permitió a la imagen de la vasculatura determinar el crecimiento alrededor de los islotes.
La almohadilla de grasa abdominal resultó proporcionar la ubicación más óptima del trasplante.
En los seres humanos, la estructura equivalente se llama el epiplón, una región rica en vasos de sangre que otros investigadores están evaluando como un lugar de trasplante de islotes.
En caso de que la técnica pueda ser utilizada en los seres humanos, las células podrían ser colocadas allí por laparoscopia en un procedimiento mínimamente invasivo. El hidrogel se inyecta en forma líquida y sería polimerizar en el sitio del trasplante, así el gel flexible se ajustará a las estructuras para mejorar ambas conexiones de vasos sanguíneos y la integración del tejido.
¿Qué sigue?
Como paso siguiente, García y Weaver desearían estudiar la técnica en animales más grandes. Después de eso, se requieren ensayos clínicos en humanos para demostrar si la combinación de material de hidrogel y la proteína beneficiará a los pacientes con diabetes tipo 1.
En última instancia, los investigadores esperan que las células madre puedan proporcionar una fuente de islotes que podrían ser trasplantados sin la necesidad de islotes de donantes cadavéricos y la supresión del sistema inmunológico.
Weaver, un investigador en el Instituto de Investigación de Diabetes antes de unirse a Georgia Tech, dijo que estaba sorprendido por lo bien que funcionaba la nueva tecnología. La formación de imágenes proporcionado una visión clara del sistema vascular creciente que rodea a los grupos de los islotes.
“Cuando empezamos a hacer la proyección de la imagen, estoy bastante seguro de que grité la primera vez que lo vi”, dijo Weaver. “Fue muy hermoso ver la vasculatura. No esperaba ver un crecimiento tan perfecto de los vasos sanguíneos en los islotes”.
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