Tolosa, Francia – Il trapianto di isole pancreatiche è stato offerto dal 2020 in una decina di centri francesi certificati, ma i suoi numerosi limiti costringono gli scienziati a rivolgersi alla bioingegneria cellulare e tissutale.
Tra imprese, promesse e delusioni del micro, nano e macro-incapsulamento, stiamo vivendo momenti storici nel 2024, raccontati dal Padre Sandrine Lablanche (Clinica di Endocrinologia, Diabetologia e Malattie Metaboliche, CHU Grenoble Alpes) presso congresso della Società francofona del diabete (Tolosa, 20-23 marzo 2024) [1].
Trapianto di isole: persistono diverse limitazioni
Il trapianto di isole di Langerhans produttrici di insulina ha ricevuto l’approvazione dell’ Alta Autorità Sanitaria (HAS) nel 2020 per il trattamento del diabete di tipo 1 (T1D) [2]. “I suoi risultati metabolici non hanno più bisogno di essere dimostrati”, riassume la professoressa Sandrine Lablanche: migliora l’equilibrio glicemico, riduce la variabilità glicemica, protegge dalle ipoglicemie gravi e rende un certo numero di pazienti insulino-indipendenti, per il momento, in modo transitorio e ancora perfettibile. »
Oggi persistono numerose limitazioni, in particolare quella relativa alla fonte delle cellule, che la rende una tecnica che consuma molto pancreas (da 2 a 3 infusioni di isole da più donatori per paziente).
D’altro canto, l’immunosoppressione essenziale a lungo termine è causa di tossicità diretta sul trapianto (da inibitori della calcineurina sulla cellula beta con un effetto sulla capacità secretoria delle isole e un’alterazione della loro vitalità) ma anche sul ricevente (aumento di peso, insulino-resistenza, rischio metabolico, ipertensione, tossicità renale, dislipidemia, rischi cardiovascolari, infettivi e neoplastici).
Inevitabile è anche la perdita di funzionalità dell’innesto, multifattoriale, legata alla perdita della matrice, a fenomeni di ipossia acuta e cronica, ma anche infiammatori. È anche dovuto alla recidiva di autoimmunità con vere e proprie recidive di diabete di tipo 1 sull’innesto di isole ed è esposto al rigetto allogenico.
In altre parole, il rapporto rischi/benefici in questa fase non è a favore del trapianto di isole in un individuo diabetico di tipo 1 che è ben bilanciato in termini di livelli di zucchero nel sangue.
All’inizio del pancreas bioartificiale: microincapsulazione
È stato quindi necessario ricorrere al pancreas bioartificiale, le cui specifiche sono molto spesse, tra cui la necessità di una fonte illimitata di cellule beta, la capacità di garantire una somministrazione prolungata di insulina endogena, anche per tutta la vita, e quella di rivascolarizzazione o pre-riduzione. vascolarizzazione per garantire un apporto ottimale di ossigeno e sostanze nutritive, nonché la massima biocompatibilità per prevenire qualsiasi reazione infiammatoria e fibrosi dei dispositivi ma anche rispetto al contenuto cellulare per garantire la funzionalità delle isole.
Così, dalla metà degli anni ’90, sono state immaginate soluzioni, tra cui la microincapsulazione delle isole, con efficienza metabolica ottenuta negli animali e una prova di concetto unica nell’uomo. L’esperimento, che ha permesso di raggiungere la dipendenza dall’insulina per 9 mesi, da allora non è mai stato più ripetuto [3].
A metà degli anni 2000, diverse piccole serie hanno osservato risultati piuttosto positivi in termini di protezione immunologica ma risultati contrastanti in termini di metabolismo. [4].
In particolare è stato condotto uno studio su quattro pazienti che hanno ricevuto un trapianto intraperitoneale di isole umane microincapsulate. Dopo tre anni, i pazienti hanno secreto nuovamente il peptide C endogeno sia a riposo che dopo stimolazione, con prevenzione di ipoglicemia grave, miglioramento dell’emoglobina glicata tra 1 e 1,5%, riduzione delle dosi di insulina da 10 Ul e mancanza di immunizzazione [5].
Alcuni dispositivi di macroincapsulamento hanno raggiunto livelli di maturità sufficientemente elevati per essere sottoposti a studi clinici di fase 1 e 2
Crea da zero un microambiente per l’isola
Nell’ottica di rafforzare la vitalità e la funzionalità delle cellule beta, la ricerca ha perseguito l’obiettivo di ricostituire un microambiente per l’isolotto, con arricchimento della capsula in matrice extracellulare (ECM), un idrogel ottenuto da pancreas umano decellularizzato [6].
Una pubblicazione sugli animali ha dimostrato che era possibile utilizzare una ECM decellularizzata (ECM liofilizzata sotto forma di idrogel) per incapsulare le isole con un miglioramento dello stato metabolico dei topi e un maggior numero di topi che raggiungevano la normoglicemia, rispetto al trapianto di isole in sole capsule di alginato [7].
Sono stati sviluppati altri processi, sempre con l’idea della microincapsulazione, come rivestire microcapsule con composti di polietilenglicole (PEG) e arricchirle con trasportatori di ossigeno (nanoparticelle perfluorurate, per esempio).
Una pubblicazione pubblicata alla fine del 2023 ha combinato le due tecnologie per limitare sia la fibrosi capsulare che la produzione di citochine proinfiammatorie attorno al bordo capsulare. [8].
Secondo gli autori, questa soluzione integra l’effetto “stealth” basato sui copolimeri del polietilenglicole e le elevate prestazioni di trasporto dell’ossigeno delle nanoparticelle fluorurate. Il poli(l-lisina)-poli(etilenglicole) policationico innestato viene così rivestito sulla superficie delle microcapsule di alginato mediante interazione elettrostatica, per resistere all’adesione del fibrinogeno ed evitare un’eccessiva fibrosi attorno alle microcapsule ma anche per isolare il sistema immunitario dell’ospite. Da qui l’“effetto stealth” delle cellule insulari microincapsulate.
Inoltre, il caricamento concomitante di “nanoportatori” a base di fluoro fornisce loro una maggiore capacità di trasporto di ossigeno e un apporto continuo di ossigeno, prolungando così la sopravvivenza delle cellule insulari. Le cellule delle isole intracapsulari hanno mostrato una vitalità cellulare simile e una funzione di secrezione di insulina quasi normale anche in colture a lungo termine in condizioni ipossiche.
“I risultati sono promettenti con una riduzione osservata dell’attivazione dei macrofagi e della produzione di citochine”, spiega il professor Lablanche, “oltre a una migliore sopravvivenza cellulare in un ambiente ipossico in presenza di nanoparticelle perfluorurate, con una migliore secrezione di insulina in risposta al glucosio. »
Parallelamente a questa ricerca si è sviluppata la tecnologia di nanoincapsulamento. L’idea è quella di posizionare uno strato il più vicino possibile o addirittura a contatto con l’isola, con l’idea di ridurre il volume all’interno della capsula. Questi monostrati possono essere funzionalizzati, ad esempio, con fattori pro-angiogenici per promuovere la vascolarizzazione attorno all’isola, o fattori immunomodulatori, ecc.[9].
Sono stati quindi condotti esperimenti in vitro e in vivo con isole pancreatiche umane isolate, rivestite con un nano-incapsulamento multistrato utilizzando polimeri con cariche diverse (chitosano e sodio poli(stirene solfonato)) fino a 9 strati. Le isole nanoincapsulate erano in grado di mantenere la secrezione fisiologica di insulina stimolata dal glucosio. Positivamente, la tossicità indotta dal palmitato o dalle citochine è stata ridotta nelle isole nanorivestite [10].
Macro-incapsulamento, un concetto interessante per confinare l’innesto di isole
Questo è, secondo il professor Lablanche, il concetto più promettente: nel macroincapsulamento, le isole non sono più avvolte singolarmente in una capsula di gel ma bloccate insieme in una macrocamera, confinando così l’innesto. La prova di concetto e l’efficacia metabolica sono state stabilite negli animali, così come la prova di concetto negli esseri umani, anche se un po’ “leggera” in questa fase. [11].
I dispositivi ViaCyte (Vertex) sono probabilmente i più avanzati con studi clinici che sfruttano trapianti di progenitori pancreatici derivati da cellule staminali embrionali. Il primo studio clinico con un dispositivo ViaCyte VC-01 (2014) [12], senza immunosoppressione, hanno mostrato sicurezza nell’uso ma hanno osservato fibrosi massiva del dispositivo con necrosi cellulare del suo contenuto. Nel ricevente non è stata misurata alcuna secrezione di insulina endogena (né peptide C).
Un secondo studio (VC-02) utilizza lo stesso concetto ma questa volta crea pori di grandi dimensioni nella macrocamera per consentire la vascolarizzazione del contenuto cellulare, che impone l’immunosoppressione al ricevente.
Secondo i dati preliminari di uno studio aperto di fase 1/2 in corso sugli esseri umani, 6 dei 17 pazienti con T1D inclusi, ovvero il 35%, presentavano un livello positivo di peptide C sotto stimolazione da 6 mesi dopo l’impianto, senza differenze significative nei criteri metabolici. . Quando gli innesti sono stati espiantati, il 63% degli espianti esprimeva il peptide C e l’insulina endogena veniva secreta 3-12 mesi dopo l’impianto. Il contenuto era vascolarizzato.
“In questa fase della ricerca”, riassume il professor Lablanche, “alcuni dispositivi di macro-incapsulamento, compreso l’ultimo, hanno raggiunto livelli di maturità sufficientemente elevati per essere sottoposti a studi clinici di fase 1 e 2”.
Registrati per Newsletter di Medscape : seleziona le tue scelte
Link di interesse: Professoressa Sandrine Lablanche: Abbott
