Cellules d'îlots pancréatiques encapsulées avec des microsphères qui libèrent un médicament augmentant la viabilité dans des environnements à faible teneur en oxygène. Les microsphères ont des flèches pointant vers elles; les plus gros blobs sont les cellules. Crédit : Kevin Kim
Une microsphère porteuse de médicament dans une microcapsule porteuse de cellules pourrait être la clé pour transplanter des cellules de pancréas de porc sécrétant de l'insuline chez des patients humains dont les propres cellules ont été détruites par le diabète de type I.
Dans une nouvelle étude in vitro menée par des ingénieurs de l'Université de l'Illinois, les cellules sécrétrices d'insuline, appelés îlots, ont montré une viabilité et une fonction accrues après avoir passé 21 jours dans de minuscules capsules contenant des capsules encore plus minuscules contenant un médicament qui rend les cellules plus résistantes à la privation d'oxygène. Les résultats ont été publiés dans la revue Administration de médicaments et recherche translationnelle .
Les chercheurs ont exploré des moyens de transplanter des îlots pancréatiques pour traiter le diabète de type I à long terme, éliminant le besoin d'une surveillance continue de la glycémie et des injections d'insuline. Cependant, il y a un certain nombre de défis à cette approche.
"D'abord, il faut des îlots viables et fonctionnels, de sorte qu'ils sécrètent de l'insuline lorsqu'ils sont exposés au glucose, " a déclaré le professeur de génie électrique et informatique de l'Illinois Kyekyoon "Kevin" Kim, le chef de la nouvelle étude. Les îlots des humains sont rares, il a dit, mais le tissu de porc est abondant, et l'insuline de porc est utilisée pour traiter le diabète depuis les années 1920.
Une fois les îlots isolés du tissu, le prochain grand défi est de les maintenir en vie et fonctionnels après la transplantation.
Pour empêcher les cellules transplantées d'interagir avec le système immunitaire du receveur, ils sont emballés en minuscules, capsules semi-perméables. La taille et la porosité de la capsule sont importantes pour permettre à l'oxygène et aux nutriments d'atteindre les îlots tout en empêchant les cellules immunitaires d'entrer.
La méthode que les ingénieurs de l'Illinois ont développée leur permet de fabriquer de minuscules, capsules uniformes et contrôler la taille, permettant une technique capsule dans une capsule. Crédit : Kevin Kim
"Les premières semaines après la greffe sont très cruciales car ces îlots ont besoin d'oxygène et de nutriments, mais n'ont pas de vaisseaux sanguins pour les fournir, " dit Hyungsoo Choi, co-responsable de l'étude et chercheur scientifique principal en génie électrique et informatique à l'Illinois. "Le plus critique, le manque d'oxygène est très toxique. C'est ce qu'on appelle l'hypoxie, et cela détruira les îlots."
Kim et Choi ont développé des méthodes de fabrication de telles microcapsules pour diverses applications d'ingénierie et ont réalisé qu'ils pourraient utiliser les mêmes techniques pour fabriquer des microcapsules pour des applications biologiques, comme l'administration de médicaments et les greffes de cellules. Leur méthode leur permet d'utiliser des matériaux de haute viscosité, pour contrôler avec précision la taille et le rapport hauteur/largeur des capsules, et pour produire des microcapsules de taille uniforme avec un débit élevé.
"Pour un patient typique, vous auriez besoin d'environ 2 millions de gélules. La production avec toute autre méthode que nous connaissons ne peut pas répondre facilement à cette demande. Nous avons démontré que nous pouvons produire 2 millions de gélules en 20 minutes environ, ", a déclaré Kim.
Avec un tel contrôle et une capacité de production élevée, les chercheurs ont pu fabriquer de minuscules microsphères chargées d'un médicament qui améliore la viabilité cellulaire et qui fonctionne dans des conditions hypoxiques. Les microsphères ont été conçues pour fournir une libération prolongée du médicament sur 21 jours. Les chercheurs ont emballé des îlots de porc et les microsphères ensemble dans des microcapsules, et au cours des trois semaines suivantes, ils les ont comparés à des îlots encapsulés qui n'avaient pas les microsphères contenant le médicament.
Après 21 jours, environ 71% des îlots emballés avec les microsphères libérant des médicaments sont restés viables, tandis que seulement environ 45 pour cent des îlots encapsulés seuls ont survécu. Les cellules avec les microsphères ont également maintenu leur capacité à produire de l'insuline en réponse au glucose à un niveau significativement plus élevé que celles sans les microsphères.
Prochain, les chercheurs espèrent tester leur technique de microsphère dans une microcapsule sur de petits animaux avant de se tourner vers des essais plus importants sur des animaux ou des humains.
