La mayoría de los pacientes con diabetes deben monitorear cuidadosamente sus niveles de azúcar en sangre e inyectarse insulina varias veces al día para evitar que sus niveles de azúcar se eleven demasiado.

Como una posible alternativa a estas inyecciones, investigadores del MIT están desarrollando un dispositivo implantable que contiene células productoras de insulina. El dispositivo encapsula las células, protegiéndolas del rechazo inmune, y además cuenta con un generador de oxígeno integrado para mantener las células saludables.

Los investigadores esperan que este dispositivo pueda ofrecer una forma de lograr el control a largo plazo de la diabetes tipo 1. En un nuevo estudio, demostraron que estas células pancreáticas encapsuladas podrían sobrevivir en el cuerpo durante al menos 90 días. En ratones que recibieron los implantes, las células permanecieron funcionales y produjeron suficiente insulina para controlar los niveles de azúcar en sangre de los animales.

“La terapia con células de islotes puede ser un tratamiento transformador para los pacientes. Sin embargo, los métodos actuales requieren también supresión inmunológica, lo cual para algunas personas puede ser realmente debilitante”, dice Daniel Anderson, profesor del Departamento de Ingeniería Química del MIT y miembro del Instituto Koch para la Investigación Integrativa del Cáncer y del Instituto de Ingeniería Médica y Ciencia. “Nuestro objetivo es encontrar una manera de brindar a los pacientes los beneficios de la terapia celular sin la necesidad de supresión inmunológica.”

Anderson es el autor principal del estudio, que se publica hoy en la revista Device. Siddharth Krishnan, ex investigador del MIT y ahora profesor asistente de ingeniería eléctrica en la Universidad de Stanford, junto con Matthew Bochenek, ex postdoctorado del MIT, son los autores principales del artículo. Robert Langer, profesor David H. Koch del MIT, también es coautor.

Insulina a demanda

El trasplante de células de islotes ya se ha utilizado con éxito para tratar la diabetes en pacientes. Estas células suelen provenir de cadáveres humanos o, más recientemente, pueden generarse a partir de células madre. En ambos casos, los pacientes deben tomar medicamentos inmunosupresores para evitar que su sistema inmunológico rechace las células trasplantadas.

Otra forma de prevenir el rechazo inmune es encapsular las células en un dispositivo protector. Sin embargo, esto plantea nuevos desafíos, ya que el recubrimiento que rodea las células puede impedir que reciban suficiente oxígeno.

​En un estudio de 2023, Anderson y sus colegas reportaron un dispositivo de encapsulación de islotes que también incorpora un generador de oxígeno integrado. Este generador consiste en una membrana de intercambio protónico que puede dividir el vapor de agua (presente en abundancia en el cuerpo) en hidrógeno y oxígeno. El hidrógeno se difunde sin causar daño, mientras que el oxígeno va a una cámara de almacenamiento que alimenta las células de islotes a través de una membrana delgada y permeable al oxígeno.

Encontraron que las células encapsuladas dentro de este dispositivo podían producir insulina hasta un mes después de ser implantadas en ratones.

“Un mes es un buen plazo que demuestra el concepto básico. Pero desde el punto de vista traslacional, es importante mostrar que puede durar mucho más que eso”, dice Krishnan.

En el nuevo estudio, los investigadores aumentaron la durabilidad de los dispositivos haciéndolos más impermeables y resistentes a las grietas. También mejoraron la electrónica del dispositivo para entregar más potencia al generador de oxígeno. El implante se alimenta inalámbricamente mediante una antena externa colocada sobre la piel, que transfiere energía al dispositivo. Optimizando el circuito, los investigadores lograron aumentar la cantidad de energía que llega al sistema generador de oxígeno.

La potencia adicional permitió al dispositivo producir más oxígeno, ayudando a que las células encapsuladas sobrevivan y funcionen de manera más efectiva. Como resultado, las células pudieron generar mucho más insulina con el tiempo.

Fábricas de proteínas

En estudios en ratas y ratones, los investigadores demostraron que el nuevo dispositivo pudo funcionar durante al menos 90 días tras ser implantado bajo la piel. Durante ese tiempo, las células donantes de islotes produjeron suficiente insulina para mantener los niveles de azúcar en sangre de los animales dentro de un rango saludable.

Los científicos observaron resultados similares con células de islotes derivadas de células madre pluripotentes inducidas, que algún día podrían proporcionar un suministro indefinido que podría usarse para cualquier paciente que las necesite. Estas células de islotes no lograron revertir completamente la diabetes, pero sí consiguieron cierto control sobre los niveles de glucosa.

“Esperamos que en el futuro, si damos más tiempo a las células para madurar completamente, secretarán aún más insulina para regular mejor la diabetes en los animales”, comenta Bochenek.

Ahora los investigadores planean estudiar si pueden hacer que los dispositivos duren aún más en el cuerpo, hasta dos años o más.

“La supervivencia a largo plazo de los islotes es un objetivo importante”, dice Anderson. “Las células, si están en el ambiente adecuado, parecen poder sobrevivir mucho tiempo. Estamos entusiasmados con la duración que ya hemos logrado y trabajaremos para extender su función el mayor tiempo posible.”

Los investigadores también exploran la posibilidad de usar esta tecnología para entregar células que puedan producir otras proteínas útiles, como anticuerpos, enzimas o factores de coagulación.

“Creemos que estas tecnologías podrían proporcionar una forma a largo plazo de tratar enfermedades humanas fabricando medicamentos dentro del cuerpo en lugar de fuera”, afirma Anderson. “Hay muchas terapias proteicas que requieren infusiones repetidas y prolongadas. Pensamos que podría ser posible crear un dispositivo que produzca terapias proteicas de manera continua, bajo demanda y según las necesidades del paciente.”

La investigación fue financiada, en parte, por Breakthrough TID, la Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust, los Institutos Nacionales de Salud, y una subvención de soporte del Instituto Koch (core) del Instituto Nacional del Cáncer.

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