Специалисты Райсовского университета создали метод защиты пересаженных инсулин-продуцирующих трансплантатов от атак иммунной системы. Основа подхода — белок интерлейкин-10, который формирует вокруг имплантата локальный биохимический барьер, подавляющий реакцию отторжения. В экспериментах на мышах с диабетом защищенные образцы сохраняли способность контролировать уровень сахара в крови более 100 дней, что в пять раз превышает показатели незащищенных аналогов. Исследователи опубликовали результаты работы в профильном научном журнале, а также подтвердили безопасность метода на нечеловекообразных приматах.

 

Как ученые выбирали белок для защиты клеток

Сначала исследовательская группа протестировала несколько цитокинов — белков, которые взаимодействуют с иммунными клетками и помогают регулировать их активность. Результаты лабораторных культур и испытаний на животных показали, что интерлейкин-10 лучше всего справляется с подавлением иммунного ответа. После этого ученые поместили белок-продуцент и инсулин-продуцирующие трансплантаты в защитные капсулы из гидрогеля, а затем имплантировали их организмам мышей с диабетом.

Обычно иммунная система распознает любые посторонние материалы, попавшие в организм, и начинает окружать их рубцовой тканью — этот процесс называют фиброзом. Со временем накопление такой ткани перекрывает доступ кислорода и питательных веществ к пересаженным образцам, из-за чего терапия перестает работать. Однако в случае с новым методом интерлейкин-10 изменил локальный иммунный ответ вокруг имплантата, снизив объем фиброзных отложений. Капсулы изготовлены из биосовместимого материала, который пропускает кислород и питательные вещества, необходимые для жизнедеятельности трансплантатов, но не позволяет крупным иммунным клеткам проникать внутрь.

 

Результаты экспериментов на грызунах и приматах

В ходе испытаний на мышах с диабетом первого типа, у которых собственные бета-клетки поджелудочной железы были разрушены, защищенные трансплантаты удерживали уровень глюкозы в крови в норме более 100 суток. Для сравнения: образцы, пересаженные без защитного барьера, теряли эффективность уже через 20 дней. Это почти пятикратное улучшение показателей, которое дает надежду на создание долгосрочного лечения заболевания.

1. У мышей защищенные трансплантаты работали более 100 дней;
2. Незащищенные образцы теряли эффективность через 20 суток;
3. Испытания на приматах не выявили вредных побочных эффектов;
4. Биохимический барьер не влиял на общую иммунную защиту организма.

Исследователи также протестировали платформу на нечеловекообразных приматах. Имплантаты продолжали вырабатывать интерлейкин-10, при этом признаков негативного воздействия на другие органы и системы не обнаружилось. Это указывает на то, что метод может быть безопасен для использования на людях в будущем.

Один из авторов работы Омид Вейсех, профессор биоинженерии Райсовского университета, отметил, что исследование доказывает возможность защиты имплантированных «живых аптек» через взаимодействие с иммунной системой, а не борьбу с ней. По его словам, команда планирует продвигать технологию к клиническим испытаниям в ближайшие годы.

 

Преимущества нового метода перед существующими

Сейчас при пересадке островковых клеток поджелудочной железы, почек или печени пациентам приходится принимать препараты, подавляющие работу всей иммунной системы, всю оставшуюся жизнь. Это необходимо, чтобы предотвратить отторжение трансплантата, но такой подход несет серьезные риски для здоровья.

«Этот локальный эффект крайне важен, поскольку системная иммуносупрессия, которая сейчас требуется при трансплантации островковых клеток и других имплантируемых методов лечения, повышает риск инфекций, рака и отказа органов», — поясняет Дилрасбону Вохидова, аспирантка кафедры биоинженерии Райсовского университета и соавтор исследования.

Новый метод лишен этого недостатка: интерлейкин-10 вырабатывается только в непосредственной близости от имплантата, не попадая в общий кровоток. Это значит, что защита распространяется только на трансплантат, а весь остальной организм сохраняет способность сопротивляться инфекциям и болезням.

• Локальное действие без влияния на общий иммунитет;
• Снижение риска инфекций и онкологических заболеваний;
• Длительный срок работы пересаженных образцов;
• Потенциальная возможность отказа от ежедневных инъекций инсулина.

Для пациентов с диабетом первого типа это может стать переходом от ежедневного контроля уровня сахара и инъекций инсулина к стабильной ремиссии. Вохидова добавляет, что метод может стать доступным и стандартизированным решением для восстановления естественной регуляции глюкозы.

 

Перспективы использования метода в других областях

Хотя исследование пока находится на доклинической стадии, его результаты могут применяться не только для лечения диабета первого типа. Та же стратегия локального подавления иммунного ответа подойдет для улучшения результатов имплантируемых терапий при аутоиммунных заболеваниях, таких как ревматоидный артрит, воспалительных расстройствах желудочно-кишечного тракта и пересадке органов.

В число соавторов статьи входят Борам Ким, бывшая аспирантка Райсовского университета, а ныне постдок в Массачусетском технологическом институте, и Аманда Нэш, доцент кафедры биоинженерии того же университета. Работа опирается на предыдущие исследования лаборатории Вейсеха и специалистов Райсовского центра биотехнологических разработок.

Разработка биохимического барьера для защиты пересаженных трансплантатов решает одну из главных проблем имплантологии — отторжение образцов иммунной системой. Если клинические испытания подтвердят безопасность и эффективность метода, миллионы людей с диабетом первого типа смогут отказаться от пожизненного приема инсулина, а пациентам с другими заболеваниями станут доступны более надежные имплантируемые терапии. Исследователи планируют начать тестирование на людях в ближайшие несколько лет, после завершения всех необходимых доклинических проверок.