Mogu li „kibernetski“ transplantati zameniti tkivo pankreasa oštećeno dijabetesom?

Elektricitet podstiče sazrevanje laboratorijski uzgojenih ćelija pankreasa, ukazujući na nov način tretiranja dijabetesa.

Novi elektronski sistem implantacije može pomoći laboratorijski uzgojenim ćelijama pankreasa da se razviju i pravilno funkcionišu, potencijalno pružajući osnovu za nove, ćelijske terapije dijabetesa.

Preporučujemo

Ovaj pristup istraživača iz Medicinske škole Pensilvanijskog univerziteta i Škole inženjerstva i primenjenih nauka Harvardskog univerziteta uključuje ultratanku mrežu provodljivih žica u rastućem tkivu pankreasa.

„Reči 'bionički', 'kibernetički', 'kiborg' se sve odnose na uređaj koji smo napravili. Iako mogu zvučati futuristički, ovaj pristup se već koristi u obliku duboke moždane stimulacije, koja leči neurološka stanja. Ono što radimo je poput duboke stimulacije za pankreas. Baš kao što pejsmejkeri pomažu srcu da održava ritam, kontrolisani električni pulsevi mogu pomoći ćelijama pankreasa da se razviju i funkcionišu onako kako bi trebalo“, kažu istraživači.

Kod dijabetesa tipa 1, imuni sistem greškom napada grupe ćelija koje luče hormone, zvane Langerhansova ostrvca, uništavajući njihovu sposobnost da proizvode insulin koji snižava nivo šećera u krvi.

Centri za kontrolu i prevenciju bolesti (CDC) procenjuju da je 2021. godine oko dva miliona Amerikanaca svih uzrasta imalo ovo stanje. U najozbiljnijim slučajevima dijabetesa tipa 1, i povremeno dijabetesa tipa 2, pacijentima je potrebna zamena izgubljenih i oštećenih ćelija – bilo celim pankreasom, njegovim delovima ili samim ostrvcima ćelija.

Sve ove opcije su često deficitarne, što primorava pacijente da čekaju godinu dana ili više na transplantaciju pankreasa ili ćelijskih ostrvaca. Nakon procedure, moraju uzimati imunosupresante do kraja života kako bi osigurali da njihovo telo ne odbaci transplantat. Međutim, tkivo pankreasa proizvedeno u laboratoriji nema ove nedostatke.

Istraživači su implantirali finu, električno provodnu mrežu u delove pankreasnog tkiva koje se razvija, sposobnu da detektuje električne signale iz ostrvaca. Zatim su uveli prirodni, 24-časovni ritam u električnoj aktivnosti, podstičući ćelije da sazru i pravilno reaguju na šećer – prevazilazeći veliki izazov u uzgoju potpuno funkcionalnog pankreasnog tkiva van tela. Takvi alternativni transplantati obećavaju drastično proširenje snabdevanja novim tkivom i, ako su pravilno napravljeni, smanjuju rizik od odbacivanja.

Ovaj pristup podsticanja ljudskih matičnih ćelija da proizvode beta i druge ćelije koje luče hormone već se testira u kliničkim ispitivanjima. Ipak, ostao je ključni izazov: čak i uz ovaj električni podsticaj, laboratorijski uzgojene ćelije često ne sazru u potpunosti i možda ne oslobađaju insulin i druge hormone pouzdano kao prirodne.

Da bi ćelije ostvarile svoju funkciju, istraživači su napravili kibernetsko tkivo: postavili su rastegljivu mrežu tanju od ljudske vlasi između slojeva ćelija, koje su se zatim grupisale radi formiranja ostrvaca. Ova postavka je omogućila snimanje električne aktivnosti individualnih ćelijskih ostrvaca tokom dva meseca i dobijanje novog uvida u ovu tranziciju, uključujući ulogu cirkadijalnih ritmova.

U ranijem istraživanju je pokazano da izlaganje funkcionalno nezrelih ćelija cirkadijalnom ritmu – poput prirodnog 24-časovnog unutrašnjeg telesnog sata koji reguliše ciklus spavanja i budnosti, varenje i druge sisteme – podstiče ćelije da se u potpunosti razviju u svoje zrele, specijalizovane uloge. Nakon četiri dana, ćelije su nastavile izvođenje ciklusa samostalno.

Novi ritam je podstakao ćelijska ostrvca da sazru tako da su lučila hormone u pravo vreme. Podaci su pokazali da inicijalni ciklusi ne samo uče pojedinačne ćelije novom električnom ponašanju, već se činilo da im pomažu da počnu da rade sinhronizovano, kao koordiniran tim.

Naučnici predviđaju dva načina na koje bi ovo istraživanje moglo dovesti do alternativa za transplantate. Možda bi laboratorijski uzgojena ostrvca ćelija mogla biti „pobuđena“ da se pripreme za ulazak u pacijenta, a zatim ostavljena da sama proizvode, skladište i oslobađaju insulin.

Ili bi mreža mogla ostati na mestu radi praćenja i stimulisanja ćelijskih ostrvaca. Ovaj pristup bi mogao osigurati da ćelije ne regresiraju i tako prestanu da reaguju na insulin, kao što se može dogoditi kod stresa ili bolesti.

Na kraju, veštačka inteligencija bi mogla da kontroliše takav sistem, nadzirući ćelije i stimulišući ih kad je to potrebno. „U budućnosti bismo mogli imati sistem koji radi bez ljudske intervencije“, kažu istraživači.

(Telegraf Nauka/EurekAlert)