Typ-1-Diabetes: Insulinproduzierendes Implantat in der Entwicklung

Durchbruch bei der Behandlung von Typ-1-Diabetes?

Mit Hilfe von 3D-Druck und intelligenten Biomaterialien wird zur Zeit ein Implantat für Menschen mit Typ-1-Diabetes entwickelt, welches in der Lage sein soll, Insulin zu produzieren. Ein solches voll funktionsfähiges Implantat könnte die Behandlung von Typ-1-Diabetes revolutionieren.

Implantat erkennt und reguliert Blutzuckerspiegel

Bei der neuen Untersuchung werden aus menschlichen Stammzellen hergestellte insulinproduzierende Betazellen verwendet, um ein Implantat zu entwickeln, welches den Blutzuckerspiegel erkennt und reguliert, indem es zu einem bestimmten Zeitpunkt die richtige Menge Insulin abgibt, erläutern die an der Entwicklung beteiligten Fachleute der Rice University.

Blutzuckerwerte schwer einzuhalten

Typ-1-Diabetes ist eine Autoimmunerkrankung, die dazu führt, dass die Bauchspeicheldrüse kein Insulin mehr produziert, ein Hormon, welches den Blutzuckerspiegel kontrolliert. Typ-1-Diabetes kann mit der Hilfe von Insulininjektionen behandelt werden. Es ist jedoch häufig schwierig, die Insulineinnahme mit Essen, Sport und anderen Aktivitäten in Einklang zu bringen, so das Team. Dies hat zur Folge, dass viele Menschen die angestrebten Blutzuckerwerte dauerhaft nicht erreichen.

Das Ziel der Forschungsgruppe war es, mittels der entwickelten Implantate den Blutzuckerspiegel von Mäusen mit Diabetes mindestens sechs Monate lang zu regulieren. Dazu war es nötig, den implantierten Betazellen die Fähigkeit zu verleihen, auf schnelle Veränderungen des Blutzuckerspiegels zu reagieren, erläutern die Forschenden.

Implantierte Zellen in Nähe des Blutkreislaufs bringen

„Wir müssen die implantierten Zellen in die Nähe des Blutkreislaufs bringen, damit die Betazellen Veränderungen des Blutzuckerspiegels wahrnehmen und schnell darauf reagieren können”, berichtet Studienautor Jordan Miller von der Rice University. Die insulinproduzierenden Zellen seien im Idealfall nicht weiter als 100 Mikrometer von einem Blutgefäß entfernt.

„Wir verwenden eine Kombination aus Vorvaskularisierung durch fortschrittliches 3D-Bioprinting und wirtsvermitteltem Gefäßumbau, um jedem Implantat mehrere Möglichkeiten der Wirtsintegration zu geben”, erklärt der Fachmann.

Welche Rolle spielt Hydrogel?

Die insulinproduzierenden Zellen werden mit einer sogenannten Hydrogelformulierung geschützt. Das Hydrogelmaterial, dass sich bereits für die Verkapselung von Zellbehandlungen in perlengroßen Kugeln bewährt hat, vefügt über Poren, welche klein genug sind, um die Zellen im Inneren vor Angriffen des Immunsystems zu schützen. Diese Poren seien allerdings auch groß genug, um den Durchgang von Nährstoffen und lebensspendendem Insulin zu ermöglichen, berichtet das Team.

Gel sollte gut mit Körper harmonieren

Blutgefäße sind in der Lage in sie einzudringen, berichtet Studienautor Omid Veiseh über die Hydrogel-Kompartimente. „Gleichzeitig haben wir unsere Beschichtung, unsere kleinen Moleküle, die verhindern, dass der Körper das Gel abstößt. Es sollte also wirklich gut mit dem Körper harmonieren“, fügt der Experte hinzu.

Gefährlicher An- und Abstieg des Insulinspiegels

Wenn das Implantat zu langsam auf hohe oder niedrige Blutzuckerwerte reagiert, könne die Verzögerung zu einem Effekt führen, der einer Achterbahn ähnelt, bei dem der Insulinspiegel wiederholt auf gefährliche Werte ansteigt und wieder abfällt, erläutert der Forscher weiter.

„Die Behebung dieser Verzögerung ist ein großes Problem in diesem Bereich”, so Veiseh in einer Pressemitteilung der Rice University. Die Frage sei, wie lange es dauert, bis nach Aufnahme einer Glukoseprobe, die eine Mahlzeit imitiert, diese Information die Zellen erreicht, und wie schnell das Insulin ausgeschüttet wird.

Implantat soll Verhalten der Bauchspeicheldrüse ähneln

Durch den Einbau von Blutgefäßen in das von ihnen entwickelte Implantat hofft das Team, Betazellgewebe so zu gestalten, dass es dem natürlichen Verhalten der Bauchspeicheldrüse ähnlicher wird. Das Ziel der neuen Forschungsarbeit, ein Implantat für Menschen mit Typ-1-Diabetes zu entwickeln, könnte Millionen Menschen auf der ganzen Welt das Leben und speziell auch den Umgang mit der eigenen Erkrankung erleichtern, resümieren die Forschenden. Es bleibt zu hoffen, dass das Projekt von Erfolg gekrönt wird und das die Entwicklung möglichst schnell voran schreitet. (as)