Twee zuurstofproducerende verbindingen - waaronder een die de prestaties van sommige wasmiddelen verbetert - kunnen op een dag een sleutelrol spelen bij het helpen van wetenschappers om met succes een bioartificiële pancreas in het laboratorium te bouwen om diabetes type 1 te genezen.

Melden in Biomateriaalwetenschap , onderzoekers van het Wake Forest Institute for Regenerative Medicine ontdekten dat de extra zuurstof die door deze verbindingen wordt geleverd, de functie en levensvatbaarheid van insulineproducerende cellen verbeterde tijdens belangrijke stadia van het proces van de opbouw van de alvleesklier. De cellen staan ​​bekend als gulzige verbruikers van zuurstof.

"Deze studies bieden een proof of concept voor het gebruik van zuurstofgenererende materialen om een ​​van de belangrijkste obstakels op te lossen voor het ontwerpen van een bioartificiële pancreas - ervoor zorgen dat de cellen voldoende zuurstof hebben om te functioneren totdat de structuur integreert met het lichaam, " zei Emmanuel C. Opara, doctoraat, hoogleraar regeneratieve geneeskunde en hoofdwetenschapper van het project.

Onderzoekers werken al jaren aan de ontwikkeling van een bioartificiële alvleesklier in het laboratorium om de miljoenen mensen met type 1 diabetes te helpen. Ongeveer drie miljoen Amerikanen hebben de ziekte, een auto-immuunziekte die insulineproducerende bètacellen in de pancreas vernietigt. Hoewel insuline-injecties kunnen helpen de bloedsuikerspiegel onder controle te houden, de therapie kan complicaties van de ziekte niet voorkomen, inclusief nierschade, zenuwpijn en beschadiging van bloedvaten in de ogen die tot blindheid kunnen leiden.

Hoewel de transplantatie van een hele alvleesklier of van zijn insulineproducerende cellen mogelijk diabetes type 1 kan genezen, deze opties worden zelden aangeboden vanwege het gebrek aan geschikte pancreasdonoren en de toxische effecten van anti-afstotingsmedicijnen die nodig zijn na een transplantatie.

Als vervanging voor deze opties, wetenschappers werken aan het bouwen van een biokunstmatige alvleesklier door insulineproducerende cellen in te kapselen in kleine biocompatibele bolletjes. De kralen zijn bedekt met een stof die insuline doorlaat, maar voorkomt dat het lichaam de cellen als "vreemd" herkent en ze afwijst. Met deze aanpak, er zouden geen medicijnen tegen afstoting nodig zijn.

Een grote uitdaging bij deze strategie is hoe in de zuurstofbehoefte van de cellen kan worden voorzien totdat de bioartificiële pancreas zijn eigen bloedvaten vormt. Insulineproducerende cellen hebben een hoge zuurstofbehoefte - ze gebruiken 10 tot 12 procent van de bloedtoevoer naar de alvleesklier terwijl ze slechts 1 tot 2 procent van het gewicht van de alvleesklier voor hun rekening nemen.

"Er is een continue toevoer van zuurstof nodig vanaf het moment dat de cellen voor het eerst worden geïsoleerd uit een donorpancreas totdat het biokunstmatige orgaan is geïmplanteerd en zijn eigen bloedvaten ontwikkelt, meestal vijf tot tien dagen na de transplantatie, ' zei Opara.

De huidige studie richtte zich op natriumpercarbonaat (SPO), gebruikt in wasmiddelen en huishoudelijke schoonmaakmiddelen, en calciumperoxide (CPO), gebruikt als een antisepticum en op vele andere manieren. Het doel was om te bepalen of de verbindingen de insulineproducerende cellen van zuurstof konden voorzien - te beginnen met celisolatie en zeven dagen na micro-inkapseling door te gaan.

Met behulp van insulineproducerende cellen geïsoleerd uit ratten en varkens, de onderzoekers voerden drie onderzoeken uit:het toevoegen van SPO tijdens celisolatie; evaluatie van het gebruik van SPO-deeltjes tijdens het celgroeiproces; en beoordelen of het toevoegen van CPO-deeltjes tijdens inkapseling de celkwaliteit zou verbeteren gedurende een week in een zuurstofarme omgeving, vergelijkbaar met wat de cellen zouden tegenkomen in het menselijk lichaam.

In alle onderzoeken de onderzoekers waren in staat om het aantal levende cellen met ongeveer 50 procent te verhogen en hun vermogen om insuline aan te maken met acht keer door toevoeging van zuurstof. Ze leerden dat sommige variabelen, inclusief temperatuur, kunnen worden gebruikt om het zuurstofgehalte te regelen. Volgende, ze zullen werken om de zuurstofniveaus nauwkeuriger te regelen, om de tijdsperiode waarin zuurstof vrijkomt te verlengen en om ervoor te zorgen dat weefsels niet worden beschadigd door te veel zuurstof.

"We hebben aangetoond dat zuurstofgenererende materialen potentieel een levensvatbare strategie zijn om zuurstof aan te vullen aan de cellen die worden gebruikt voor transplantatie bij patiënten met diabetes, ' zei Opara.