Due composti che producono ossigeno, incluso uno che aumenta le prestazioni di alcuni detersivi per bucato, potrebbero un giorno svolgere un ruolo chiave nell'aiutare gli scienziati a costruire con successo un pancreas bioartificiale in laboratorio per curare il diabete di tipo 1.
Informare Scienza dei biomateriali , i ricercatori del Wake Forest Institute for Regenerative Medicine hanno scoperto che l'ossigeno extra fornito da questi composti ha migliorato la funzione e la vitalità delle cellule che producono insulina durante le fasi importanti del processo di costruzione del pancreas. Le cellule sono note per essere avide consumatrici di ossigeno.
"Questi studi forniscono una prova del concetto per l'utilizzo di materiali generatori di ossigeno per risolvere uno dei principali ostacoli alla progettazione di un pancreas bioartificiale:assicurarsi che le cellule abbiano abbastanza ossigeno per funzionare fino a quando la struttura non si integra con il corpo, " ha detto Emmanuel C. Opara, dottorato di ricerca, professore di medicina rigenerativa e scienziato capo del progetto.
I ricercatori lavorano da anni per sviluppare un pancreas bioartificiale in laboratorio per aiutare milioni di persone con diabete di tipo 1. Circa tre milioni di americani hanno la malattia, una malattia autoimmune che distrugge le cellule beta produttrici di insulina all'interno del pancreas. Mentre le iniezioni di insulina possono aiutare a controllare la glicemia, la terapia non può prevenire le complicanze della malattia, compreso il danno renale, dolore ai nervi e danni ai vasi sanguigni negli occhi che possono portare alla cecità.
Mentre il trapianto di un intero pancreas o delle sue cellule che producono insulina può potenzialmente curare il diabete di tipo 1, queste opzioni sono offerte raramente a causa della mancanza di donatori di pancreas idonei e degli effetti tossici dei farmaci antirigetto che sono necessari dopo un trapianto.
In sostituzione di queste opzioni, gli scienziati stanno lavorando per costruire un pancreas bioartificiale incapsulando cellule che producono insulina all'interno di minuscole sfere biocompatibili. Le sfere sono rivestite con una sostanza che consente il passaggio dell'insulina, ma impedisce al corpo di riconoscere le cellule come "estranee" e di rifiutarle. Con questo approccio, non ci sarebbe bisogno di farmaci antirigetto.
Una sfida importante con questa strategia è come fornire il fabbisogno di ossigeno delle cellule fino a quando il pancreas bioartificiale non forma i propri vasi sanguigni. Le cellule che producono insulina hanno un elevato fabbisogno di ossigeno:utilizzano dal 10 al 12 percento del flusso sanguigno al pancreas mentre rappresentano solo l'1 o il 2 percento del suo peso.
"È necessaria una fornitura continua di ossigeno dal momento in cui le cellule vengono isolate per la prima volta da un pancreas donatore fino a quando l'organo bioartificiale viene impiantato e sviluppa i propri vasi sanguigni, in genere da 5 a 10 giorni dopo il trapianto, " disse Opara.
L'attuale studio si è concentrato sul percarbonato di sodio (SPO), utilizzato in detersivi per bucato e detergenti per la casa, e perossido di calcio (CPO), usato come antisettico e in molti altri modi. L'obiettivo era determinare se i composti potessero fornire ossigeno alle cellule produttrici di insulina, iniziando con l'isolamento cellulare e continuando sette giorni dopo la microincapsulazione.
Utilizzando cellule produttrici di insulina isolate da ratti e maiali, i ricercatori hanno condotto tre studi:aggiunta di SPO durante l'isolamento cellulare; valutare l'uso di particelle SPO durante il processo di crescita cellulare; e valutare se l'aggiunta di particelle di CPO durante l'incapsulamento migliorerebbe la qualità delle cellule durante una settimana in un ambiente a basso contenuto di ossigeno simile a quello che le cellule incontrerebbero nel corpo umano.
In tutti gli studi, i ricercatori sono stati in grado di aumentare il numero di cellule viventi di circa il 50 percento e la loro capacità di produrre insulina di otto volte con l'aggiunta di ossigeno. Hanno imparato che alcune variabili, compresa la temperatura, potrebbe essere utilizzato per controllare i livelli di ossigeno. Prossimo, lavoreranno per controllare più accuratamente i livelli di ossigeno, per prolungare il periodo di tempo in cui l'ossigeno viene rilasciato e per garantire che i tessuti non vengano danneggiati da troppo ossigeno.
"Abbiamo dimostrato che i materiali generatori di ossigeno sono potenzialmente una strategia praticabile per integrare l'ossigeno alle cellule utilizzate per il trapianto nei pazienti con diabete, " disse Opara.
