Dostęp Otwarty

Wywiad z ekspertem

Bioniczna trzustka – science czy fiction?

O możliwościach połączenia komórek macierzystych i biotechnologii jako alternatywy w leczeniu cukrzycy typu 1 z prof. dr hab. Agnieszką Dobrzyń, kierownikiem Pracowni Sygnałów Komórkowych i Zaburzeń Metabolicznych w Instytucie Biologii Doświadczalnej im. M. Nenckiego PAN, rozmawia Ryszard Sterczyński.

Small dobrzyn ww009 opt

prof. dr hab. Agnieszka Dobrzyń

DpD: Dlaczego naukowcy z Instytutu im. Nenckiego zainteresowali się trzustką, a konkretnie wyspami Langerhansa (insulae pancreaticae)?


Prof. Agnieszka Dobrzyń:
 W Instytucie Nenckiego prowadzimy badania mające na celu określenie molekularnych mechanizmów odpowiedzialnych za rozwój chorób człowieka. Prowadzona przeze mnie grupa naukowców pracuje nad określeniem patogenezy cukrzycy. Część prowadzonych przez nas projektów związana jest z badaniami, które bezpośrednio można wykorzystać w praktyce medycznej. Obecnie jedną z metod leczenia cukrzycy typu 1 jest przeszczepianie trzustki lub wysp trzustkowych. Wykonują to z powodzeniem transplantolodzy np. z warszawskiego Szpitala Klinicznego Dzieciątka Jezus.

Przeszczepienie trzustki daje pełną insulinoniezależność, natomiast w przypadku przeszczepów wysp od dawcy zawsze musiała być zastosowana insulina z zewnątrz. Należy tu jednak zaznaczyć, że z powodu potrzeby immunosupresji oraz faktu, że jest to metoda trudna do wykonania pod względem technicznym (według różnych badań od 5 do 10 proc. pacjentów umiera w okresie okołooperacyjnym ze względu na powikłania zakrzepowe), leczenie wyspami od dawcy nigdy nie było metodą leczenia z wyboru.

Procedura musi być odpowiednio zaplanowana, połączona z rygorystycznymi badaniami. Niewielu też pacjentów spełnia kryteria dopuszczające do przeszczepienia trzustki i wysp, zwłaszcza nie rekomenduje się tej metody pacjentom z cukrzycą typu 2. Wynika to przede wszystkim z faktu, że nie mamy możliwości ochrony przeszczepionych wysp przed czynnikami prozapalnymi, podwyższonym stężeniem glukozy, wysokim stężeniem wolnych kwasów tłuszczowych czy lipidów. Właśnie dlatego wyspy żyją w organizmie biorcy krótko, u niektórych chorych zaledwie 4-5 lat. Naszym celem jest stworzenie takiej technologii, która pozwoli na ich ochronę za wszelką cenę i poprawi ich funkcjonalność, by żyły tak długo jak ludzie.

W Instytucie Nenckiego od lat pracujemy nad różnymi aspektami cukrzycy typu 1 i 2. Prowadzimy badania naukowe, w których wyciszamy lub hamujemy ekspresję genów kodujących białka receptorowe oraz inne przekazujące sygnały w komórce, by zrozumieć funkcjonowanie szlaku insulinowego. Wyniki okazały się nadzwyczaj zachęcające: wykazaliśmy, że manipulacja w jednym lub kilku szlakach sygnałowych komórki pozwala ją zasadniczo zmienić. To dało nam nadzieję, że możemy zmienić terapię tej przewlekłej choroby.

Z dr. hab. Michałem Wszołą, pierwszym na świecie specjalistą, który przeprowadził zabieg endoskopowego przeszczepienia wysp trzustkowych pod śluzówkę żołądka, wpadliśmy na pomysł, by te badania wykorzystać do stworzenia bionicznej trzustki. Połączyliśmy nasze siły w konsorcjum, które zajmuje się wyłącznie tą sprawą.


DpD: Państwa konsorcjum otrzymało na ten cel grant 24 mln zł z Narodowego Centrum Badań i Rozwoju (NCBiR). Jakich efektów mogą oczekiwać diabetolodzy?


A.D.:
Celem konsorcjum jest stworzenie bionicznej trzustki, która będzie mogła być wykorzystana jako nowa metoda leczenia cukrzycy typu 1. Zależy nam na tym, by nie korzystać z wysp od dawcy, jak to robią dotychczas naukowcy za granicą, ponieważ pozwoli nam to na uniknięcie konieczności włączenia terapii immunosupresyjnej. Nasza bioniczna trzustka powstanie z komórek macierzystych pobranych od pacjentów, przekształconych w wyspy trzustkowe i „opakowanych” polimerem. Nie przewidujemy w niej udziału żadnej elektroniki. Będzie się składać wyłącznie z elementów naturalnych, biologicznych. W ramach projektu STRATEGMED jako pierwsi na świecie wydrukujemy bioniczną trzustkę na drukarce 3D biotuszem, którym są polimery, z wykorzystaniem żywych komórek wydzielających insulinę.


DpD: Kto odpowiada za realizację projektu?


A.D.:
Innowacyjny projekt wsparło NCBiR, a za całość odpowiada kilka podmiotów: zespół biologów molekularnych z Instytutu Nenckiego, lekarze transplantolodzy z WUM, prof. Artur Kamiński oraz prof. Artur Kwiatkowski ze szpitala Klinicznego Dzieciątka Jezus w Warszawie. To osoby, które podejmą badania kliniczne, gdy bioniczna trzustka już powstanie. Do współpracy zaprosiliśmy również grupę inżynierów z Wydziału Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej pod kierunkiem prof. Wojciecha Święszkowskiego, którzy stworzyli biomateriały, wykorzystywane dotychczas w rekonstrukcji kości (endoprotez). Z podobnych materiałów i metodologii zamierzamy skorzystać w tworzeniu „rusztowania”, na które naniesiemy wyspy trzustkowe. Całość prac koordynuje dr hab. Michał Wszoła z Fundacji Badań i Rozwoju Nauki. Naszym partnerem biznesowym jest MediSpace.


DpD: Komórki macierzyste są delikatnym materiałem biologicznym. Czy wyspy przeżyją drukowanie?


A.D.:
Rzeczywiście przypuszczaliśmy, że będzie to problem, ale już na etapie badań wstępnych okazało się, że nic im nie zagraża – komórki wcale nie są tak wrażliwe, jak sądziliśmy. Wyspy po przejściu przez drukarkę mają bardzo dobrą kondycję i, co najważniejsze, są w pełni funkcjonalne. Są umiejscowione w specjalnych pożywkach hodowlanych, z odpowiednim dozowaniem dwutlenku węgla i tlenu. Dzięki temu jesteśmy w stanie utrzymać je przy życiu przez 48 godzin, a sam proces drukowania nie jest czasochłonny. Zapewniam, że w organizmie człowieka ten komfort egzystencji komórek będzie jeszcze lepszy.


DpD: Co w takim razie stanowi największe wyzwanie?


A.D.:
Doprowadzenie do unaczynienia i utlenienia bionicznej trzustki. To się jeszcze nikomu na świecie nie udało, mimo że nad zagadnieniem pracują najlepsi specjaliści z USA, Anglii czy Holandii. Mogę jedynie zdradzić, bo na tym etapie projektu obowiązuje nas tajemnica, że jesteśmy na tyle zaawansowani, że przekazaliśmy już na Politechnikę Warszawską endotelialne komórki progenitorowe (wyściełające ściany naczyń krwionośnych) do dalszych prac badawczych. Naszym celem jest, by wyspy faktycznie były funkcjonalne w organizmie pacjenta. Oznacza to, że gdy podamy do komórek hodowlanych glukozę w wysokim stężeniu, zaczynają one wydzielać insulinę. To efekt, jaki chcemy uzyskać już po przeszczepie.


DpD: Co to oznacza w praktyce?


A.D.:
W niedalekiej przyszłości, gdy technologię opracujemy do tego stopnia, że będzie ona mogła funkcjonować klinicznie, pacjent przyjdzie do kliniki, pobierzemy od niego szpik kostny lub tkankę tłuszczową – jeszcze nad tymi rozwiązaniami pracujemy – z nich wyizolujemy komórki macierzyste, przekształcimy je do komórek wydzielających insulinę i glukagon, a następnie stworzymy wyspy trzustkowe. Po czym z wykorzystaniem polimerów wydrukujemy w pełni funkcjonalny organ – bioniczną trzustkę, którą następnie wszczepimy choremu. Pacjent zapomni, że kiedykolwiek miał cukrzycę.


DpD: Powodów, by komórki nie zadziałały, może być dużo, np. układ odpornościowy może je zniszczyć.


A.D.:
Intensywnie pracujemy nad tym, co zrobić, by te nasze pseudowyspy, stworzone z komórek macierzystych, po wszczepieniu nie uległy destrukcji jak oryginalne wyspy trzustkowe. To obecnie nasze największe zadanie badawcze. Wydaje się, że jesteśmy na dobrej drodze do takiej modyfikacji wysp, by utrzymały one swoją tożsamość i były funkcjonalne. Wiemy już, w jaki sposób zmieniać szlaki sygnałowe i aktywność czynników w komórkach α i β, które następnie wykorzystujemy do tworzenia wysp. W zależności od tego, który szlak zmienimy w danej komórce, jesteśmy w stanie stworzyć wyspy np. z małą lub dużą ilością komórek β i α oraz kontrolować ich architekturę. Manipulując szlakami przekazywania sygnałów wewnątrzkomórkowych, jesteśmy w stanie zmienić ich morfologię.


DpD: Piękna wizja, ale dotyczyć będzie jedynie chorych na cukrzycę typu 1. Dlaczego?