Устройство защищает клетки человеческой печени, производящие критические биомолекулы, в течение шести месяцев у мышей
Биомедицинские инженеры из Университета Дьюка разработали имплантируемый «карман», предназначенный для создания временных химер (смешанных видов) для лечения болезней. В исследовании, доказывающем концепцию, это устройство защищало трансплантированные человеческие клетки печени от иммунной системы мышей в течение шести месяцев, пока они производили важные биомолекулы.
Эта демонстрация предлагает потенциальный путь для лечения человеческих заболеваний, таких как гемофилия и диабет 1 типа, с помощью иммунологически несовместимых клеток — от людей или животных — без необходимости подавлять иммунную систему пациента.
Результаты были опубликованы онлайн 7 октября в журнале Advanced Functional Materials.
Идея клеточной трансплантационной терапии заключается в пересадке «островка» здоровых клеток, которые могут выполнять функции поврежденного органа. Эти клетки могут действовать как своего рода «аптека», доставляя ключевые биомолекулы, такие как инсулин для лечения диабета 1 типа или факторы свертывания крови VII или IX для лечения нарушений свертываемости. Однако иммунная система пациента представляет угрозу для чужеродных клеток.
Исследователи во главе с профессором Шайни Варгезе работают над идеей использования биомедицинского устройства, которое создает барьер между клетками и иммунной системой хозяина. Этот барьер должен быть достаточно пористым, чтобы позволить клеткам внутри получать питательные вещества и кислород и отправлять терапевтические биомолекулы.
В исследовании команда создала устройство из хитозана — сахара, полученного из экзоскелета ракообразных. Это биосовместимый и липкий материал, позволяющий формировать двухслойный карман разной формы и толщины стенок.
Чтобы преодолеть ключевую проблему — образование иммунной системой волокнистой ткани, которая со временем блокирует устройство, — лаборатория Варгезе добавила внешний защитный слой. Он состоит из гибких «щетинок» из молекул додекандиовой кислоты (DDA), которые создают буферную зону, предотвращающую накопление фиброзной ткани.
Исследователи создали клеточный карман размером примерно с половину пакетика сахара, способный вместить миллионы клеток. Они заполнили карманы человеческими клетками печени и имплантировали их мышам с полностью функциональной иммунной системой.
Отслеживая количество человеческого альбумина (белка, секретируемого клетками печени) в крови мышей, ученые обнаружили, что карманы эффективно работали как минимум шесть месяцев. Они считают, что устройства могли бы прослужить дольше, но уровень альбумина через полгода начал снижаться.
В дальнейшем Варгезе планирует протестировать устройство на более крупных животных, оптимизировать его конструкцию и проверить возможность лечения диабета 1 типа.
«Тот факт, что это устройство может поддерживать клетки другого вида, делает гораздо более вероятным его работу в любом сценарии с клетками того же вида, — сказала Варгезе. — Но человеческих клеток для таких терапий всегда будет не хватать, поэтому можно представить, например, использование свиных клеток для лечения диабета у людей».