Durch die Verwendung eines innovativen Hydrogels, das das Überleben von in den Körper transplantierten insulinproduzierenden Zellen fördert, ist es Wissenschaftlern gelungen, den Blutzuckerspiegel von diabetischen Mäusen zu regulieren. Dieser experimentelle Erfolg, der die Ergebnisse herkömmlicher Transplantationsmethoden übertrifft, ebnet den Weg für die Entwicklung einer bioartifiziellen Bauchspeicheldrüse, die Insulininjektionen überflüssig machen könnte. Diese im Rahmen des europäischen Projekts VANGUARD erzielten Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift
Trends in Biotechnology veröffentlicht.
Inselzellhaufen, die Insulin produzieren (rot), eingebettet in das Hydrogel, das vom Team der UNIGE und der HUG entwickelt wurde. Die blauen Punkte stellen die Zellkerne dar.
© Berishvili Lab, University of Geneva Typ-1-Diabetes tritt auf, wenn das Immunsystem die insulinproduzierenden β-Zellen der Bauchspeicheldrüse zerstört, was zu einer chronischen Störung des Blutzuckerspiegels führt. Um diesen Mangel auszugleichen, müssen betroffene Personen ihr Leben lang täglich Insulin injizieren.
Die Transplantation von Pankreasinseln – kleinen Gruppen von Zellen, die Insulin und andere Hormone produzieren – kann das glykämische Gleichgewicht vorübergehend wiederherstellen und die Notwendigkeit von künstlichem Insulin beseitigen. Dieser Ansatz ist jedoch durch die Knappheit der Spenden und das hohe Abstoßungsrisiko eingeschränkt. Darüber hinaus sind die Pankreasinseln, wenn sie in die Leber – die übliche Transplantationsstelle – implantiert werden, mit Entzündungen, dem Verlust ihrer natürlichen Stützmatrix und einer unzureichenden Blutversorgung konfrontiert – alles Faktoren, die ihr Überleben gefährden.
Dieser experimentelle Nachweis stellt einen entscheidenden Schritt in Richtung der Entwicklung einer funktionsfähigen künstlichen Bauchspeicheldrüse dar.
Ein Team unter der Leitung von Ekaterine Berishvili, Professorin am Departement für Chirurgie und am Diabeteszentrum der Medizinischen Fakultät der UNIGE und Leiterin des Labors für Zellisolierung und -transplantation am Transplantationsdienst der HUG, hat ein innovatives Hydrogel namens Amniogel entwickelt, das diese Hindernisse überwindet.
Es wird aus der menschlichen Amnionmembran gewonnen – der innersten Schicht der Membranen, die den Fötus umgeben und leicht aus der Plazenta nach der Geburt entnommen werden kann – und stellt die Überlebenssignale wieder her, die bei der Isolierung der Pankreasinseln verloren gehen, und ermöglicht die Selbstorganisation eines mikrovaskulären Netzwerks innerhalb der Struktur vor der Transplantation. Nach der Implantation verbindet sich dieses vorgebildete Netzwerk mit dem Blutkreislauf des Wirts und fördert so das dauerhafte Funktionieren des Transplantats. In Labortests verlangsamt das Gel auch die Migration zytotoxischer Immunzellen, was darauf hindeutet, dass es in der Zeit direkt nach der Transplantation zum Schutz des Transplantats beitragen könnte.
Normaler Blutzuckerspiegel für mindestens 100 Tage
"Dieses Gel schafft eine schützende Umgebung, ähnlich der des Körpers, in die wir Pankreasinseln sowie Zellen, die Blutgefäße bilden können, einbetten. Vor der Transplantation organisieren sich diese Zellen selbst zu einem Netzwerk von Mikrogefäßen, das die Inseln umgibt, sodass das Transplantat bereits vaskularisiert ankommt", erklärt Ekaterine Berishvili. Erfolgreich bei diabetischen Mäusen transplantiert, ermöglichte diese Struktur – dünne, scheibenförmige Transplantate mit einem Durchmesser von etwa 9 mm – die Aufrechterhaltung eines normalen Blutzuckerspiegels für mindestens 100 Tage, also die gesamte Dauer der Nachbeobachtung, und übertraf sowohl die allein transplantierten Inseln als auch Strukturen ohne künstliche Vaskulatur. Das Amniogel wird auch nach einem Verfahren hergestellt, das den pharmazeutischen "GMP"-Standards entspricht, eine wesentliche Voraussetzung für eine zukünftige klinische Anwendung.
Nahe an einer klinischen Anwendung
"Dieser experimentelle Nachweis stellt einen entscheidenden Schritt in Richtung der Entwicklung einer funktionsfähigen künstlichen Bauchspeicheldrüse dar", freut sich die Forscherin. "Der nächste Schritt, um eine klinische Anwendung in Betracht zu ziehen, wird die Herstellung größerer Transplantate – oder einer größeren Anzahl – sein, um den Anforderungen einer Anwendung beim Menschen gerecht zu werden." Darüber hinaus könnte das Amniogel verwendet werden, um viele andere Zelltypen zu beherbergen und so den Weg für Zelltransplantationstherapien über Diabetes hinaus zu ebnen.
Quelle: Universität Genf