La mayoría de los pacientes con diabetes deben controlar cuidadosamente sus niveles de glucosa en sangre e inyectarse insulina varias veces al día para evitar que su nivel de azúcar en sangre se eleve demasiado. Como posible alternativa a estas inyecciones, investigadores del MIT están desarrollando un dispositivo implantable que contiene células productoras de insulina. El dispositivo encapsula las células, protegiéndolas del rechazo inmunitario, y además incorpora un generador de oxígeno para mantenerlas sanas.
Los investigadores esperan que este dispositivo pueda ofrecer una forma de lograr un control a largo plazo de la diabetes tipo 1. En un nuevo estudio, demostraron que estas células de los islotes pancreáticos encapsuladas podían sobrevivir en el organismo durante al menos 90 días. En ratones que recibieron los implantes, las células se mantuvieron funcionales y produjeron suficiente insulina para controlar los niveles de glucosa en sangre de los animales.
“La terapia con células de los islotes pancreáticos puede ser un tratamiento revolucionario para los pacientes. Sin embargo, los métodos actuales también requieren inmunosupresión, lo que para algunas personas puede ser realmente debilitante”, afirma Daniel Anderson, profesor del Departamento de Ingeniería Química del MIT y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer y del Instituto de Ingeniería y Ciencias Médicas del MIT. “Nuestro objetivo es encontrar una manera de brindar a los pacientes los beneficios de la terapia celular sin necesidad de inmunosupresión”.
Anderson es el autor principal del estudio, publicado en la revista Device. Siddharth Krishnan, exinvestigador del MIT y actualmente profesor asistente de ingeniería eléctrica en la Universidad de Stanford, y Matthew Bochenek, exinvestigador postdoctoral del MIT, son los autores principales del artículo. Robert Langer, profesor del Instituto David H. Koch del MIT, también es coautor.
Insulina a demanda
El trasplante de células de los islotes pancreáticos ya se ha utilizado con éxito para tratar la diabetes en pacientes. Estas células suelen provenir de cadáveres humanos o, más recientemente, pueden generarse a partir de células madre. En ambos casos, los pacientes deben tomar medicamentos inmunosupresores para evitar que su sistema inmunitario rechace las células trasplantadas.
Otra forma de prevenir el rechazo inmunológico es encapsular las células en un dispositivo protector. Sin embargo, esto plantea nuevos desafíos, ya que el recubrimiento que rodea las células puede impedir que reciban suficiente oxígeno.
En un estudio de 2023, Anderson y sus colegas describieron un dispositivo de encapsulación de islotes que también incorpora un generador de oxígeno. Este generador consta de una membrana de intercambio de protones capaz de separar el vapor de agua (presente en abundancia en el organismo) en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se difunde sin causar daño, mientras que el oxígeno se almacena en una cámara que alimenta las células de los islotes a través de una fina membrana permeable al oxígeno. Descubrieron que las células encapsuladas en este dispositivo podían producir insulina hasta un mes después de ser implantadas en ratones.
“Un mes es un buen plazo, ya que demuestra una prueba de concepto básica. Pero desde el punto de vista de la traslación, es importante demostrar que se puede extender bastante más tiempo”, dice Krishnan.
En el nuevo estudio, los investigadores aumentaron la vida útil de los dispositivos haciéndolos más impermeables y resistentes a las grietas. También mejoraron la electrónica del dispositivo para suministrar más energía al generador de oxígeno. El implante se alimenta de forma inalámbrica mediante una antena externa colocada sobre la piel, que transfiere energía al dispositivo. Al optimizar el circuito, los investigadores lograron aumentar la cantidad de energía que llega al sistema generador de oxígeno.
La potencia adicional permitió que el dispositivo produjera más oxígeno, lo que ayudó a las células encapsuladas a sobrevivir y funcionar con mayor eficacia. Como resultado, las células pudieron generar mucha más insulina con el tiempo.
Fábricas de proteínas
En estudios realizados con ratas y ratones, los investigadores demostraron que el nuevo dispositivo podía funcionar durante al menos 90 días después de ser implantado bajo la piel. Durante este tiempo, las células de los islotes pancreáticos donantes fueron capaces de producir suficiente insulina para mantener los niveles de azúcar en sangre de los animales dentro de un rango saludable.
Los investigadores observaron resultados similares con células de los islotes pancreáticos derivadas de células madre pluripotentes inducidas, que algún día podrían proporcionar un suministro ilimitado para cualquier paciente que las necesite. Estos islotes no revirtieron completamente la diabetes, pero sí lograron cierto control de los niveles de azúcar en sangre.
“Esperamos que en el futuro, si podemos darles a las células un poco más de tiempo para que maduren por completo, secreten aún más insulina para regular mejor la diabetes en los animales”, dice Bochenek.
Los investigadores ahora planean estudiar si pueden lograr que los dispositivos duren aún más tiempo en el cuerpo, hasta dos años o incluso más.
“La supervivencia a largo plazo de los islotes es un objetivo importante”, afirma Anderson. “Las células, si se encuentran en el entorno adecuado, parecen ser capaces de sobrevivir durante mucho tiempo. Estamos muy satisfechos con la duración que ya hemos logrado y trabajaremos para prolongar su función el mayor tiempo posible”.
Los investigadores también están explorando la posibilidad de utilizar este método para administrar células que podrían producir otras proteínas útiles, como anticuerpos, enzimas o factores de coagulación.
“Creemos que estas tecnologías podrían ofrecer una solución a largo plazo para tratar enfermedades humanas mediante la producción de fármacos dentro del cuerpo, en lugar de fuera de él”, afirma Anderson. “Existen muchas terapias con proteínas que requieren infusiones repetidas y prolongadas. Creemos que podría ser posible crear un dispositivo que genere continuamente terapias con proteínas a demanda y según las necesidades del paciente”.
Fuente: Medical Xpress.