Имплантат лечит диабет 1 типа, насыщая кислородом клетки, продуцирующие инсулин
Исследователи из Корнелла разработали имплантируемую систему, способную лечить диабет 1-го типа, снабжая кислородом плотно упакованные инсулин-секретирующие клетки без необходимости иммуносупрессии. Эта система также потенциально может обеспечить долгосрочное лечение ряда хронических заболеваний.
Результаты исследования были опубликованы 11 августа в журнале Nature Communications . Соавторами выступили бывший научный сотрудник Тунг Фам и докторант Лора (Фыонг) Тран.
Технология основана на предыдущих имплантируемых инкапсуляционных устройствах, разработанных в лаборатории Минлин Ма, профессора биологической и экологической инженерии в Колледже сельского хозяйства и наук о жизни (CALS) и старшего автора статьи.
Ма исследовал различные способы лечения диабета 1-го типа, при котором иммунная система организма становится враждебной и разрушает скопления инсулин-продуцирующих клеток поджелудочной железы, известные как островки Лангерганса. Без инсулина организм не может доставлять глюкозу (сахар) в клетки мышц и тканей для выработки энергии. Люди с диабетом 1-го типа обычно справляются с заболеванием с помощью ежедневных инъекций инсулина или инсулиновых помп, но даже при таком лечении пациенты всё равно страдают от разрушительных последствий заболевания.
Предыдущие имплантируемые устройства Ма доказали свою эффективность в контроле уровня сахара в крови у мышей, больных диабетом, однако их действие ограничено.
«Одна из основных проблем заключается в том, что сам имплантат часто погибает из-за недостатка кислорода после имплантации», — сказал Тран. «В нашей лаборатории им удалось добиться успеха на мышах, которые прожили более года , и они очень эффективно контролировали диабет с помощью небольших капсул без генерации кислорода. Однако при увеличении масштабов нам требуется больше клеток, особенно большая плотность. Нам нужна более высокая доза. Если мы имплантируем без генерации кислорода, клетки часто погибают в течение двух недель».
Играть
00:00
00:38
Немой
Настройки
ПИП
Перейти в полноэкранный режим
Играть
Генерация кислорода с помощью iEOG. Источник: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62271-2, https://www.nature.com/articles/s41467-025-62271-2
Команда Ма разработала новую систему в сотрудничестве с исследователями-электрохимиками из Giner Inc., включая соавтора Линду Темпельман, доктора философии 1993 года.
Ключевые компоненты системы — цилиндрическая капсула с кольцевидным поперечным сечением, содержащая трансплантированные инсулин-секретирующие клетки, и электрохимический генератор кислорода размером примерно с монету в десять центов, который можно снять. Нановолоконная мембрана снаружи капсулы защищает клетки от иммунной системы организма-хозяина; проницаемая мембрана в сердцевине капсулы обеспечивает централизованный источник кислорода для достижения кольца клеток.
«Нам необходимо выполнить два требования», — сказал Тран. «Первое — это иммунная защита. Во-вторых, необходимо поддерживать массообмен, например, глюкозы, других питательных веществ и молекул, которые могут поступать и выходить».
Работая с доктором Джеймсом Фландерсом, почетным доцентом Колледжа ветеринарной медицины, исследователи успешно протестировали систему на крысах.
«Это проверка концепции. Мы действительно доказали, что оксигенация важна, и она будет поддерживать капсулы с высокой плотностью клеток», — сказал Темпельман. «Капсулы обладают иммунозащитными свойствами и служат долго, не загрязняя мембрану. Организму крайне неприятно, когда в него попадает чужеродное вещество. Именно этим и занимается инженерная лаборатория Ma Lab: поиск материалов и покрытий для материалов, которые обеспечивают иммунозащиту, но при этом не вызывают чрезмерной реакции организма из-за самого материала».
Новая система позволит гораздо большему числу из 2 миллионов человек, страдающих диабетом 1 типа в США, пройти трансплантацию островковых клеток или клеточную терапию без необходимости подавления иммунитета, которое считается слишком опасным для рутинного применения. Кроме того, новая система может обеспечить гораздо более строгий контроль уровня сахара в крови, эффективно излечивая заболевание и позволяя человеку есть, пить и заниматься спортом, как и все остальные.
Играть
00:00
00:16
Немой
Настройки
ПИП
Перейти в полноэкранный режим
Играть
Эластичность и память формы нифинольного каркаса. Источник: Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-62271-2, https://www.nature.com/articles/s41467-025-62271-2
Следующим шагом станет имплантация системы в модель свиньи, а также её тестирование на стволовых клетках человека. По словам Темпельман, генерального директора Persista Bio Inc., нового стартапа, основанного ею совместно с Ма и Фландерсом, который лицензирует эти технологии, исследователи заинтересованы в том, чтобы в конечном итоге попытаться использовать систему для имплантации различных типов клеток людям для долгосрочного лечения хронических заболеваний.
«Мы живем в эпоху, когда людям будут вживлять имплантаты с аллогенными клетками других людей, из линий стволовых клеток, и использовать их в долгосрочной перспективе для лечения тех функций, которых не хватает организму», — сказал Темпельман.
«Здесь нам не хватает инсулина. Для контроля боли, возможно, нужно больше эндорфинов или каких-то других молекул. При ферментозаместительной терапии нужно больше ферментов. Нас интересуют, например, другие аутоиммунные заболевания, при которых воспаление выходит из-под контроля.
«Возможно, можно было бы ввести небольшую молекулу, которая будет снимать воспаление, и тогда человеку, например, больному волчанкой, не придётся принимать лекарства перорально. Можно просто установить имплантат с низкой концентрацией препарата, который будет обеспечивать организм небольшим его количеством».