Pesquisadores da Cornell University desenvolveram um sistema de implante que pode tratar o diabetes tipo 1, fornecendo oxigênio extra para células produtoras de insulina densamente compactadas sem a necessidade de imunossupressão. O sistema também pode permitir um tratamento de longo prazo para uma série de doenças crônicas.
Os resultados foram publicados em 11 de agosto na Nature Communications. Os co-primeiros autores foram o ex-pós-doutorando Tung Pham e a estudante de doutorado Lora (Phuong) Tran.
A tecnologia se baseia em dispositivos de encapsulamento implantáveis anteriores, desenvolvidos no laboratório de Minglin Ma, professor de engenharia bio e ambiental no College of Agriculture and Life Sciences (CALS) e autor sênior do artigo.
Ma tem explorado várias opções de tratamento para o diabetes tipo 1. Nesta doença, o sistema imunológico do corpo reage hostilmente, destruindo aglomerados de células produtoras de insulina no pâncreas, conhecidos como ilhotas. Sem insulina, o corpo não consegue transportar glicose – ou açúcar – para as células musculares e teciduais para gerar energia. Pessoas com diabetes tipo 1 geralmente tratam a doença com injeções diárias de insulina ou bombas de insulina. Mas mesmo com esse tratamento, os pacientes sofrem com as consequências devastadoras da doença.
Os dispositivos implantáveis anteriores de Ma se mostraram eficazes no controle da glicemia em camundongos diabéticos, mas sua vida útil é limitada.
“Um dos maiores desafios é que o implante muitas vezes morre após a implantação devido à falta de oxigênio”, disse Tran. “Em nosso laboratório, tivemos sucesso com camundongos que sobreviveram por mais de um ano, e pudemos controlar o diabetes com algumas pequenas cápsulas sem produção de oxigênio de forma muito eficaz. No entanto, ao escalar, precisamos de mais células, especialmente uma densidade maior. Precisamos de uma dose maior. Se implantarmos sem produção de oxigênio, as células muitas vezes morrem em duas semanas.”
A equipe de Ma desenvolveu o novo sistema em colaboração com pesquisadores de eletroquímica da Giner Inc., incluindo a coautora Linda Tempelman, Ph.D. ’93.
Os principais componentes do sistema são uma cápsula cilíndrica com seção transversal em forma de anel, contendo células produtoras de insulina transplantadas, e um gerador eletroquímico de oxigênio, aproximadamente do tamanho de uma moeda de dez centavos, que pode ser removido. Uma membrana nanofibrosa fora da cápsula protege as células do sistema imunológico do corpo hospedeiro; uma membrana permeável no núcleo da cápsula permite o fornecimento central de oxigênio ao anel de células.
“Precisamos atender a dois requisitos”, disse Tran. “O primeiro é a proteção imunológica. E o segundo é que a troca de materiais seja mantida, por exemplo, para glicose e outras moléculas nutritivas que entram e saem.”
Em colaboração com Dr. James Flanders , professor emérito associado do College of Veterinary Medicine, os pesquisadores testaram com sucesso o sistema em modelos de ratos.
“Este é o proof of concept. Provamos que o fornecimento de oxigênio é importante e que o fornecimento de oxigênio permite cápsulas com alta densidade celular”, disse Tempelman. “As cápsulas protegem o sistema imunológico e duram muito tempo sem que a membrana fique suja. O corpo não gosta de receber substâncias estranhas. É por isso que o trabalho de engenharia do Ma Labs para procurar materiais e revestimentos para esses materiais que protegem o sistema imunológico, mas ao mesmo tempo não causam reações excessivas do corpo, é tão importante.”
O novo sistema permitiria que uma parcela significativamente maior das duas milhões de pessoas com diabetes tipo 1 nos EUA recebesse um transplante de ilhotas ou terapia celular sem a necessidade de imunossupressão, que é considerada muito perigosa para uso rotineiro. Além disso, o novo sistema permite um controle de açúcar no sangue muito melhor, o que pode curar efetivamente a doença e permitir que os afetados comam, bebam e pratiquem esportes como qualquer outra pessoa.
O próximo passo é implantar o sistema em um modelo suíno e também testá-lo com células-tronco humanas. Os pesquisadores também pretendem usar o sistema posteriormente para implantar diferentes tipos de células em humanos para o tratamento de longo prazo de doenças crônicas, disse Tempelman, CEO da Persista Bio Inc., uma nova startup que eles fundaram com Ma e Flanders e que licencia essas tecnologias.
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