Innovadoras esferas hechas con bioingeniería podrían ayudar a tratar la diabetes

Investigadores del IBEC, en colaboración con el IDIBAPS en Barcelona, ​​han desarrollado pequeñas esferas capaces de responder a variaciones en los niveles de glucosa y producir insulina in vitro. Estos esferoides biomiméticos y no tóxicos contienen células β pancreáticas y se prepararon utilizando la bioimpresión 3D. Este enfoque podría ayudar en el futuro a mejorar los resultados clínicos de las estrategias de trasplante de células β para el tratamiento de la diabetes, así como para las plataformas in vitro de desarrollo de fármacos.

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Mujer se hace un test de glucosa en sangre

La Diabetes Mellitus es una enfermedad metabólica caracterizada por un fallo en la producción de insulina, la hormona responsable por la regulación de los niveles de glucosa en la sangre, por las células β del páncreas. En 2019, según la Organización Mundial de la Salud, la diabetes provocó la muerte de 1,5 millones de personas en todo el mundo, y en la actualidad hay más de 420 millones de personas afectadas por esta enfermedad. 

En la diabetes tipo 1 (T1DM), una enfermedad autoinmune, un tipo de células llamadas células β y que se encuentran en los islotes pancreáticos, son destruidas por el sistema inmunitario, evitando la producción de insulina. El tratamiento más extendido en este caso es la inyección regular de insulina por parte de los pacientes, durante toda su vida, para controlar los altos niveles de glucosa en sangre. Sin embargo, como esta terapia no simula la secreción de insulina en tiempo real por parte de las células β, termina por causar complicaciones crónicas graves, como enfermedades cardiovasculares y nefropatía. 

Una alternativa terapéutica prometedora contra la T1DM es el trasplante de islotes pancreáticos conteniendo células β a los pacientes. Sin embargo, esta técnica todavía no se puede aplicar en la clínica debido a complicaciones, como la mala oxigenación y vascularización de las células, que limitan mucho su retención después del implante. 

Para superar estos obstáculos, investigadores del Instituto de Bioingeniería de Cataluña (IBEC) liderados por el Profesor de Investigación ICREA Javier Ramón, investigador prinicpal del Grupo de Biosensores para Bioingeniería, en colaboración con investigadores del IDIBAPS, han desarrollado una metodología de alto rendimiento aplicando bioimpresión 3D para encapsular células β dentro de esferoides de colágeno-ácido tánico. Esta estrategia innovadora puede aumentar el éxito del trasplante de islotes pancreáticos y se ha publicado recientemente en la revista Advanced Materials Technologies.

Esferoides bioimpresos en 3D conteniendo células β producen insulina in vitro

Una estrategia para aumentar la retención de células β después del trasplante es usar biomateriales protectores semipermeables para encapsular las células. Estos tejidos, obtenidos por bioingeniería, se conocen como esferoides o microesferas encapsuladas, y confieren propiedades biocompatibles que proporcionan una unión celular más efectiva, reduciendo la pérdida de células y actuando como una barrera protectora física frente al sistema inmunológico del paciente.

El nuevo enfoque propuesto por los investigadores del IBEC emplea tecnología de bioimpresión 3D para desarrollar esferoides de colágeno unidos a moléculas de ácido tánico, en un intento de imitar el microambiente de la matriz extracelular de las células β in vivo. La unión al ácido tánico evita la degradación por la colagenasa, mejora la consistencia estructural esférica y permite personalizar el diámetro de las microesferas con una variabilidad extremadamente baja.

Para validar la nueva estrategia, los investigadores prepararon microcápsulas 3D a base de colágeno-ácido tánico, unidas a células de insulinoma de rata. Observaron que los esferoides mantuvieron la viabilidad celular y la actividad metabólica hasta durante 30 días, reflejando una correcta difusión de oxígeno y nutrientes. Además, la estrategia de unión al ácido tánico mejoró la retención de células β dentro de los esferoides.

Nuestro enfoque de alto rendimiento facilita la fabricación de un sistema de encapsulación celular que garantiza una buena supervivencia y funcionalidad de las células β productoras de insulina en respuesta a la glucosa.

Laura Clua-Ferré, investigadora del IBEC y primera autora del estudio

Este novedoso procedimiento de bioimpresión 3D permite la fabricación de una gran cantidad de microesferas capaces de responder a la glucosa mediante la secreción de insulina, y puede ser útil para estudios funcionales avanzados destinados al trasplante de células β para el tratamiento de la diabetes. Además, esta tecnología puede abrir nuevas vías y aplicarse a la encapsulación de una amplia gama de células trasplantables.

 

Artículo de referencia: 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.  

E. Martinez es miembro del Centro de Investigación Biomédica en Red (CIBER).
A. García-Alamán y R. Gasa son miembros del Centro de Investigación Biomédica en Red de Diabetes y Enfermedades Metabólicas Asociadas (CIBERDEM).