Researchers from IBEC, in collaboration with IDIBAPS in Barcelona, have developed Investigadors de l’IBEC, en col·laboració amb l’IDIBAPS a Barcelona, han desenvolupat petites esferes capaces de respondre a variacions als nivells de glucosa, i de produir insulina, in vitro. Aquests esferoides biomimètics, i no tòxics, contenen cèl·lules β pancreàtiques i es preparen utilitzant tecnologia de bioimpressió 3D. Aquest enfocament podria ajudar, en el futur, a millorar els resultats clínics de les estratègies de trasplantament de cèl·lules β que es fan servir el tractament de la diabetis, així com per a les plataformes in vitro de desenvolupament de fàrmacs.
La Diabetis Mellitus és una malaltia metabòlica caracteritzada per una fallada en la producció d’insulina, l’hormona responsable per la regulació dels nivells de glucosa a la sang, per les cèl·lules β del pàncrees. El 2019, segons l’Organització Mundial de la Salut, la diabetis va provocar la mort d’1,5 milions de persones a tot el món, i actualment hi ha més de 420 milions de persones afectades per aquesta malaltia.
A la diabetis tipus 1 (T1DM), una malaltia autoimmune, un tipus de cèl·lules anomenades cèl·lules β i que es troben als illots pancreàtics, són destruïdes pel sistema immunitari, evitant la producció d’insulina. El tractament més estès en aquest cas és la injecció regular d’insulina per part dels pacients, durant tota la vida, per controlar els alts nivells de glucosa a la sang. No obstant això, com que aquesta teràpia no simula la secreció d’insulina en temps real per part de les cèl·lules β, acaba causant complicacions cròniques greus, com malalties cardiovasculars i nefropatia.
Una alternativa terapèutica prometedora contra la T1DM és el trasplantament d’illots pancreàtics que contenen cèl·lules β als pacients. No obstant, aquesta tècnica encara no es pot aplicar a la clínica a causa de complicacions, com la mala oxigenació i vascularització de les cèl·lules, que limiten molt la seva retenció després de la implantació.
Per superar aquests obstacles, investigadors de l’Institut de Bioenginyeria de Catalunya (IBEC) liderats pel Professor de Recerca ICREA Javier Ramón, investigador principal del Grup de Biosensors per a Bioenginyeria, en col·laboració amb investigadors de l’IDIBAPS, han desenvolupat una metodologia d’alt rendiment aplicant bioimpressió 3D per encapsular cèl·lules β dins d’esferoides de col·lagen-àcid tànnic. Aquesta estratègia innovadora, que pot augmentar l’èxit del trasplantament d’illots pancreàtics, ha estat publicada recentment a la revista Advanced Materials Technologies.
Esferoides bioimpresos en 3D contenint cèl·lules β produeixen insulina in vitro
Una estratègia per augmentar la retenció de cèl·lules β després del trasplantament és fer servir biomaterials protectors semipermeables per encapsular les cèl·lules. Aquests teixits, obtinguts per bioenginyeria, es coneixen com a esferoides o microsferes encapsulades, i confereixen propietats biocompatibles que proporcionen una unió cel·lular més efectiva, reduint la pèrdua de cèl·lules i actuant com una barrera protectora física davant del sistema immunitari del pacient.
El nou enfocament proposat pels investigadors de l’IBEC utilitza tecnologia de bioimpressió 3D per desenvolupar esferoides de col·lagen units a molècules d’àcid tànnic, en un intent d’imitar el microambient de la matriu extracel·lular de les cèl·lules β in vivo. La unió a l’àcid tànnic evita la degradació per la col·lagenasa, millora la consistència estructural esfèrica i permet personalitzar el diàmetre de les microsferes amb una variabilitat extremadament baixa.
El nostre enfocament d’alt rendiment facilita la fabricació d’un sistema d’encapsulació cel·lular que garanteix una bona supervivència i funcionalitat de les cèl·lules β productores d’insulina en resposta a la glucosa.
Laura Clua-Ferré, investigadora de l’IBEC i primera autora de l’estudi
Per validar la nova estratègia, els investigadors van preparar microcàpsules 3D a base de col·lagen-àcid tànnic, unides a cèl·lules d’insulinoma de rata. Van observar que els esferoides van mantenir la viabilitat cel·lular i l’activitat metabòlica fins a 30 dies, reflectint una difusió correcta d’oxigen i nutrients. A més, l’estratègia d’unió a l’àcid tànnic va millorar la retenció de cèl·lules β dins dels esferoides.
Aquest nou procediment de bioimpressió 3D permet la fabricació d’una gran quantitat de microsferes capaces de respondre a la glucosa mitjançant la secreció d’insulina, i pot ser útil per a estudis funcionals avançats destinats al trasplantament de cèl·lules β per al tractament de la diabetis. A més, aquesta tecnologia pot obrir noves vies i aplicar-se a l’encapsulació d’una àmplia gamma de cèl·lules trasplantables.
Article de referència: Laura Clua-Ferré, Francesco de Chiara, Júlia Rodríguez-Comas, Jordi Comelles, Elena Martinez, Amelie Luise Godeau, Ainhoa García-Alamán, Rosa Gasa, and Javier Ramón-Azcón. Collagen-Tannic Acid Spheroids for β-Cell Encapsulation Fabricated Using a 3D Bioprinter. Adv. Mater. Technol. 2022, 2101696.
