Il trapianto di cellule nano-rivestite è un metodo intelligente per il trattamento del diabete
Il pancreas svolge un ruolo essenziale nella salute umana producendo e rilasciando insulina nel circolo ematico per regolare i livelli di glicemia. Tuttavia, nei pazienti diabetici le cellule che producono insulina, situate in strutture specifiche del pancreas denominate «isole», non funzionano correttamente. «Un possibile trattamento per i soggetti diabetici consiste nel trapiantare le isole ottenute da un donatore deceduto o da altre fonti, come le cellule staminali. Il problema però risiede nel fatto che le isole trapiantate vengono rilevate dal sistema immunitario che le attacca, provocandone rapidamente la morte», spiega José Carlos Rodríguez-Cabello, professore di fisica della materia condensata presso l’Università di Valladolid, in Spagna, e coordinatore del progetto ELASTISLET (Tailored Elastin-like Recombinamers as Advanced Systems for Cell Therapies in Diabetes Mellitus: a Synthetic Biology Approach towards a Bioeffective and Immunoisolated Biosimilar Islet/Cell Niche). Il trattamento con immunosoppressori dei pazienti sottoposti a trapianto delle isole non si è rivelato molto efficace. Inoltre, i pazienti affetti da diabete sin dall’infanzia dovrebbero assumere immunosoppressori per tutta la vita. Adesso, un team di scienziati finanziato dall’UE ha sviluppato speciali cellule bioingegnerizzate, nano-rivestite con biomateriali innovativi. Tali materiali proteggono le cellule dal sistema immunitario, senza però impedire loro di rilasciare insulina nel circolo ematico.
Tecnologia di rivestimento
Il nano-rivestimento non isola completamente le cellule insulari. «Deve essere selettivo e sufficientemente permeabile da permettere l’ingresso di ossigeno, sangue e sostanze nutritive nelle cellule e il rilascio degli ormoni insulinici prodotti dalle isole», sottolinea Rodríguez-Cabello. «Abbiamo studiato l’applicabilità di una nuova classe di materiali simili all’elastina, chiamati recombinameri, che sono a metà strada tra le proteine naturali e la plastica», aggiunge Rodríguez-Cabello. Progettati e prodotti sinteticamente, essi presentano una natura di tipo proteico che permette loro di interagire con l’isola a livello cellulare quando si trovano in un contesto naturale, come l’ambiente pancreatico. La tecnologia layer-by-layer consente di creare un rivestimento molto sottile immergendo le isole in un bagno di una soluzione contenente uno dei componenti della miscela. «Quindi, le isole vengono rimosse dalla miscela e sottoposte a una leggera pulizia in modo che sulla loro superficie rimangano solo poche molecole di questo materiale e poi vengono trasferite nel secondo componente, che è complementare e reagisce con il primo», spiega Rodríguez-Cabello. Queste procedure di lavaggio e immersione permettono di creare uno strato estremamente sottile. «Ma abbiamo dovuto giocare un po’ con le proprietà di diffusione dello strato per raggiungere la permselettività », afferma Rodríguez-Cabello.
Rivestimento efficace
Il rivestimento delle cellule presentava notevoli difficoltà a causa della superficie irregolare dell’isola. «Se si lascia un buco sufficientemente grande da permettere alle cellule immunitarie di rilevare l’isola, non rimarrà nulla», specifica Rodríguez-Cabello. Pertanto, il team ha progettato un sistema per migliorare l’efficienza di rivestimento. «Non abbiamo mai raggiunto un’efficienza di rivestimento del 100 %, ma sappiamo che l’80 % delle isole che impiantiamo è ben rivestito e sopravviverà a lungo». Le isole trapiantate devono anche essere in grado di interagire con le cellule circostanti e integrarsi con il tessuto ospite. Per ottimizzare l’integrazione viene adottata una strategia di vascolarizzazione delle cellule che permette lo sviluppo di vasi sanguigni, con conseguente aumento della sopravvivenza delle isole e miglioramento dello scambio di sostanze nutritive. A questo progetto multidisciplinare ha lavorato un team di 95 ricercatori, 42 dei quali dottorandi, del quale facevano parte specialisti in nanotecnologia, immunologia, biologia cellulare, biologia di sintesi e bioingegneria, nonché personale medico con conoscenze cliniche. Alla conclusione del progetto, il team ha prodotto un sistema che è risultato efficace in esperimenti a breve termine su animali da laboratorio ed è ora brevettato. «Adesso stiamo eseguendo esperimenti per verificare se questi impianti sono in grado di mantenere tale capacità per periodi più lunghi, con l’obiettivo di trapiantare con una singola iniezione un sistema in grado di durare per anni. Potrebbe anche essere possibile eliminare del tutto la necessità di una seconda iniezione», conclude Rodríguez-Cabello.
Parole chiave
ELASTISLET, cellule, sistema immunitario, immunosoppressori, diabete, insulina, pancreas, cellule insulari, biomateriali
