Een medicijndragende microsfeer in een celdragende microcapsule zou de sleutel kunnen zijn tot het transplanteren van insuline-afscheidende varkenspancreascellen in menselijke patiënten van wie de eigen cellen zijn vernietigd door type I diabetes.

In een nieuwe in vitro studie door ingenieurs van de Universiteit van Illinois, de insuline-afscheidende cellen, genaamd eilandjes, toonde verhoogde levensvatbaarheid en functie na 21 dagen in kleine capsules te hebben doorgebracht die nog kleinere capsules bevatten die een medicijn bevatten dat de cellen veerkrachtiger maakt tegen zuurstofgebrek. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Geneesmiddelafgifte en translationeel onderzoek .

Onderzoekers hebben manieren onderzocht om pancreaseilandjes te transplanteren om type I diabetes op lange termijn te behandelen, waardoor de noodzaak voor continue glucosemonitoring en insuline-injecties wordt geëlimineerd. Echter, er zijn een aantal uitdagingen bij deze aanpak.

"Eerst, je hebt levensvatbare eilandjes nodig die ook functioneel zijn, zodat ze insuline afscheiden bij blootstelling aan glucose, " zei Kyekyoon "Kevin" Kim, professor elektriciteit en computertechniek uit Illinois, de leider van de nieuwe studie. Eilandjes van mensen zijn schaars, hij zei, maar varkensweefsel is in overvloed aanwezig, en varkensinsuline wordt sinds de jaren 1920 gebruikt om diabetes te behandelen.

Zodra eilandjes zijn geïsoleerd uit weefsel, de volgende grote uitdaging is om ze in leven te houden en te laten functioneren na transplantatie.

Om te voorkomen dat de getransplanteerde cellen interageren met het immuunsysteem van de ontvanger, ze zijn verpakt in kleine, semipermeabele capsules. De capsulegrootte en porositeit zijn belangrijk om zuurstof en voedingsstoffen de eilandjes te laten bereiken en tegelijkertijd immuuncellen buiten te houden.

"De eerste weken na de transplantatie zijn erg cruciaal omdat deze eilandjes zuurstof en voedingsstoffen nodig hebben, maar geen bloedvaten hebben om ze te voorzien, " zei Hyungsoo Choi, de co-leider van de studie en een senior onderzoeker in elektrische en computertechniek in Illinois. "Het meest kritisch, zuurstofgebrek is zeer giftig. Het heet hypoxie, en dat zal de eilandjes vernietigen."

Kim en Choi hebben methoden ontwikkeld om dergelijke microcapsules te maken voor verschillende technische toepassingen en realiseerden zich dat ze dezelfde technieken konden gebruiken om microcapsules te maken voor biologische toepassingen. zoals medicijnafgifte en celtransplantaties. Hun methode stelt hen in staat om materialen met een hoge viscositeit te gebruiken, om de grootte en aspectverhouding van de capsules nauwkeurig te regelen, en om microcapsules van uniforme grootte met een hoge doorvoer te produceren.

"Voor een typische patiënt heb je ongeveer 2 miljoen capsules nodig. Productie met een andere methode die we kennen, kan niet gemakkelijk aan die vraag voldoen. We hebben aangetoond dat we 2 miljoen capsules kunnen produceren in een kwestie van 20 minuten of zo, ' zei Kim.

Met zo'n controle en hoge productiecapaciteit, de onderzoekers waren in staat om minuscule microbolletjes te maken die geladen zijn met een medicijn dat de levensvatbaarheid van de cellen verbetert en dat functioneert in hypoxische omstandigheden. De microsferen werden ontworpen om een ​​verlengde afgifte van het geneesmiddel gedurende 21 dagen te verschaffen. Onderzoekers verpakten varkenseilandjes en de microsferen samen in microcapsules, en gedurende de volgende drie weken vergeleek ze ze met ingekapselde eilandjes die de medicijnbevattende microsferen niet hadden.

Na 21 dagen, ongeveer 71 procent van de eilandjes die waren verpakt met de medicijnafgevende microsferen bleven levensvatbaar, terwijl slechts ongeveer 45 procent van de eilandjes die op zichzelf waren ingekapseld, het overleefde. De cellen met de microsferen behielden ook hun vermogen om insuline te produceren als reactie op glucose op een significant hoger niveau dan die zonder de microsferen.

Volgende, de onderzoekers hopen hun microsfeer-in-een-microcapsule-techniek bij kleine dieren te testen voordat ze naar grotere dier- of menselijke proeven kijken.