Impresión 3D y biomateriales inteligentes para crear implante productor de insulina

Bioingenieros de la Universidad de Rice están utilizando impresión 3D y biomateriales inteligentes para crear un implante productor de insulina para diabéticos tipo 1.

El proyecto de tres años es una asociación entre los laboratorios de Omid Veiseh y Jordan Miller que cuenta con el apoyo de una subvención de la JDRF, el principal financiador mundial de la investigación sobre la diabetes.

Veiseh y Miller utilizarán células beta productoras de insulina elaboradas a partir de células madre humanas para crear un implante que detecte y regule los niveles de glucosa en sangre respondiendo con la cantidad correcta de insulina en un momento dado.

Veiseh, profesor asistente de bioingeniería, ha pasado más de una década desarrollando biomateriales que protegen las terapias con células implantadas del sistema inmunológico.

Miller, profesor asociado de bioingeniería, ha pasado más de 15 años investigando técnicas para imprimir tejidos en 3D con vasculatura o redes de vasos sanguíneos.

“Si realmente queremos recapitular lo que hace normalmente el páncreas, necesitamos vasculatura“, dijo Veiseh.

“El páncreas tiene naturalmente todos estos vasos sanguíneos y las células están organizadas de formas particulares en el páncreas.

Jordan y yo queremos imprimir con la misma orientación que existe en la naturaleza“.

La diabetes tipo 1 es una enfermedad autoinmune que hace que el páncreas deje de producir insulina, la hormona que controla los niveles de azúcar en sangre.

Aproximadamente 1,6 millones de estadounidenses viven con diabetes tipo 1 y cada día se diagnostican más de 100 casos.

La diabetes tipo 1 se puede controlar con inyecciones de insulina.

Pero es difícil equilibrar la ingesta de insulina con la comida, el ejercicio y otras actividades.

Los estudios estiman que menos de un tercio de los diabéticos tipo 1 en los EE. UU. logran consistentemente los niveles de glucosa objetivo en la sangre.

El objetivo de Veiseh y Miller es demostrar que sus implantes pueden regular adecuadamente los niveles de glucosa en sangre de ratones diabéticos durante al menos seis meses.

Para hacer eso, necesitarán dar a sus células beta diseñadas la capacidad de responder a cambios rápidos en los niveles de azúcar en sangre.

“Debemos conseguir que las células implantadas estén muy cerca del torrente sanguíneo para que las células beta puedan detectar y responder rápidamente a los cambios en la glucosa en sangre“, dijo Miller.

Idealmente, las células productoras de insulina no estarán a más de 100 micrones de un vaso sanguíneo, dijo.

“Estamos utilizando una combinación de prevascularización a través de bioimpresión 3D avanzada y remodelación vascular mediada por el anfitrión para darle a cada implante varias oportunidades en la integración del anfitrión“, dijo Miller.

Las células productoras de insulina estarán protegidas con una formulación de hidrogel desarrollada por Veiseh, quien también es un académico del Instituto de Investigación y Prevención del Cáncer de Texas.

El material de hidrogel, que ha demostrado ser eficaz para encapsular tratamientos celulares en esferas del tamaño de una perla, tiene poros lo suficientemente pequeños como para evitar que las células del interior sean atacadas por el sistema inmunológico, pero lo suficientemente grandes como para permitir el paso de nutrientes e insulina que da vida.

“Los vasos sanguíneos pueden entrar en ellos“, dijo Veiseh sobre los compartimentos de hidrogel.

“Al mismo tiempo, tenemos nuestro recubrimiento, nuestras pequeñas moléculas que evitan que el cuerpo rechace el gel.

Así que debería armonizar muy bien con el cuerpo”.

Si el implante es demasiado lento para responder a niveles altos o bajos de azúcar en sangre, el retraso puede producir un efecto similar a una montaña rusa, donde los niveles de insulina suben y bajan repetidamente a niveles peligrosos.

“Abordar ese retraso es un gran problema en este campo”, dijo Veiseh.

“Cuando le das al ratón, y en última instancia a un ser humano, un desafío de glucosa que imita una comida, ¿cuánto tiempo tarda esa información en llegar a nuestras células y qué tan rápido sale la insulina?“

Al incorporar vasos sanguíneos en su implante, él y Miller esperan permitir que sus tejidos de células beta se comporten de una manera que imite más de cerca el comportamiento natural del páncreas.

Fuente: Rice