Entwicklung eines Bioprinting-basierten Konzeptes für die Transplantation Insulin-produzierender Zellen aus dem Schwein zur Behandlung von Diabetes mellitus Typ 1
Projektleiterin: Dr. Anja Lode
Projektbearbeiterin: MSc Sarah Duin
Kooperationspartnerin: Prof. Dr. med. Barbara Ludwig, Medizinische Klinik und Poliklinik III, Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden
Projektlaufzeit: 1. 10. 2020 – 30. 9. 2021
Projektbeschreibung:
Diabetes mellitus Typ 1 ist eine Autoimmunerkrankung, bei der die Zerstörung der Insulinproduzierenden Betazellen in der Bauchspeicheldrüse zu Insulinmangel und in der Folge zu einer fehlenden Regulation des Blutzuckerspiegels führt. Die derzeit übliche Behandlung mittels lebenslanger externer Zufuhr von Insulin ist mit deutlichen Einschränkungen in der Lebensqualität und langfristig häufig mit schwerwiegenden gesundheitlichen Komplikationen verbunden. Ein vielversprechender Ansatz zur Wiederherstellung der endogenen Insulinbildung und -sekretion in Abhängigkeit des Blut-Glukosespiegels ist die Transplantation von pankreatischen Betazellen, im Verband der Langerhans-Inseln, in die Portalvene der Leber. Bislang ist die Inseltransplantation aber aufgrund des Mangels an Spenderorganen, der eingeschränkten Langzeit-Funktionalität der transplantierten Inseln sowie der gesundheitlichen Risiken einer Immunsuppression auf wenige Patienten mit sehr labiler Stoffwechsellage sowie Patienten, die Diabetes-bedingt eine Nierentransplantation benötigen, beschränkt.
Die Einkapselung pankreatischer Inseln in semipermeable Hydrogelkapseln ist eine Strategie, die die Überwindung dieser Hürden zum Ziel hat. Zum einen können die Inseln so vor dem Immunsystem geschützt werden, was potenziell auch den Einsatz von nicht-humanen Inseln erlaubt, zum anderen können verkapselte Inseltransplantate außerhalb der Leber implantiert werden. Bisher entwickelte Kapselsysteme zeigen das große Potenzial dieser Strategie, weisen aber deutliche Limitationen hinsichtlich des Stoffaustausches mit der Umgebung auf. Die Methode des 3D-Bioprintings ermöglicht die Herstellung von Hydrogelmatrices mit definierten Poren, was zu einer deutlichen Verkürzung der Diffusionswege beispielsweise für Sauerstoff, Glukose und Insulin führt. Ziel des Projektes ist es, eine strukturell definierte Hydrogelkapsel für die Transplantation neonataler porciner Inseln zu entwickeln, die einerseits immunprotektiv wirkt und andererseits einen effektiven Stoffaustausch der eingebetteten Inseln mit der Umgebung, und damit eine gute Versorgung der Inseln und eine schnelle Reaktion auf Änderungen des Blut-Glukosespiegels, ermöglicht. Neonatale porcine Inseln stellen eine vielversprechende Alternative zu humanen Inseln dar und sind daher klinisch relevant; sie benötigen allerdings eine mehrwöchige Ausreifzeit zur Erlangung ihrer vollen Differenzierung und Funktionalität. Es wird untersucht, inwieweit dieser Prozess durch die Integration biologischer Komponenten in die gedruckte Hydrogelmatrix unterstützt und beschleunigt werden kann.