El gel antioxidante preserva la función de los islotes después de la extirpación del páncreas: un nuevo enfoque podría reducir las complicaciones de la diabetes

Investigadores de la Universidad Northwestern han desarrollado un nuevo biomaterial antioxidante que algún día podría brindar el alivio que tanto necesitan las personas que viven con pancreatitis crónica.

El artículo, «La macromolécula de citrato que cambia de fase combate el daño oxidativo de los islotes pancreáticos, permite el injerto de los islotes y su función en el omento», fue publicado el 7 de junio en la revista Avances científicos.

Antes de que los cirujanos extirpen el páncreas de pacientes con pancreatitis crónica grave y dolorosa, primero recolectan grupos de tejido productores de insulina, llamados islotes, y los trasplantan a la vasculatura del hígado. El objetivo del trasplante es preservar la capacidad del paciente para controlar sus propios niveles de glucosa en sangre sin inyecciones de insulina.

Desafortunadamente, el proceso destruye inadvertidamente entre 50 y 80% de los islotes y un tercio de los pacientes se vuelven diabéticos después de la cirugía. Tres años después de la cirugía, el 70% de los pacientes requieren inyecciones de insulina, que van acompañadas de una lista de efectos secundarios, entre ellos aumento de peso, hipoglucemia y fatiga.

En el nuevo estudio, los investigadores trasplantaron islotes del páncreas al epiplón (el tejido graso grande, plano que cubre los intestinos) en lugar del hígado. Y, para crear un microambiente más saludable para los islotes, los investigadores adhirieron los islotes al epiplón con un biomaterial inherentemente antioxidante y antiinflamatorio, que se transforma rápidamente de líquido a gel cuando se expone a la temperatura corporal.

En estudios con ratones y primates no humanos, el gel previno con éxito el estrés oxidativo y las reacciones inflamatorias, mejorando significativamente la supervivencia y preservando la función de los islotes trasplantados. Es la primera vez que se utiliza un gel antioxidante sintético para preservar la función de los islotes trasplantados.

«Aunque el trasplante de islotes ha mejorado con los años, los resultados a largo plazo siguen siendo malos», afirmó Guillermo A. Ameer, de Northwestern, quien dirigió el estudio.

«Existe claramente una necesidad de soluciones alternativas. Hemos diseñado un material sintético de vanguardia que proporciona un microambiente de apoyo para la función de los islotes. Cuando lo probamos en animales, tuvimos éxito. Mantuvo la función de los islotes maximizada y restableció los niveles normales de azúcar en la sangre. También informan una reducción en las unidades de insulina que los animales requerían».

«Con este nuevo enfoque, esperamos que los pacientes ya no tengan que elegir entre vivir con el dolor físico de la pancreatitis crónica o las complicaciones de la diabetes», añadió Jacqueline Burke, profesora asistente de investigación de ingeniería biomédica en Northwestern y primera autora del artículo. .

Experto en ingeniería regenerativa, Ameer es profesor Daniel Hale Williams de ingeniería biomédica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern, profesor de Cirugía en la Facultad de Medicina Feinberg de la Universidad Northwestern y director fundador del Centro de Ingeniería Regenerativa Avanzada.

'Calidad de vida comprometida'

Para los pacientes que viven sin páncreas, los efectos secundarios, como controlar los niveles de azúcar en sangre, pueden ser una lucha de por vida. Al secretar insulina en respuesta a la glucosa, los islotes ayudan al cuerpo a mantener el control glucémico. Sin islotes funcionales, las personas deben controlar de cerca sus niveles de azúcar en sangre e inyectarse insulina con frecuencia.

«Vivir sin islotes funcionales supone una gran carga para los pacientes», afirmó Burke. «Deben aprender a contar los carbohidratos, dosificar la insulina en el momento adecuado y controlar continuamente la glucosa en sangre. Esto consume gran parte de su tiempo y energía mental.

«Incluso con mucho cuidado, la terapia con insulina exógena no es tan eficaz como los islotes para mantener el control de la glucosa. Los pacientes con glucosa en sangre fuera de rango desarrollarán complicaciones, como ceguera y amputación. Nuestro objetivo es que este biomaterial preserve los islotes, para que los pacientes puedan vivir una vida normal, una vida sin diabetes».

«Es una calidad de vida comprometida», dijo Ameer. «En lugar de múltiples inyecciones de insulina, nos encantaría recolectar y preservar tantos islotes como sea posible».

Pero, desafortunadamente, el estándar actual de atención para la preservación de los islotes a menudo conduce a malos resultados. Después de la cirugía para extirpar el páncreas, los cirujanos aíslan los islotes del páncreas y los trasplantan al hígado mediante una infusión en la vena porta.

Este procedimiento de perfusión intraportal tiene varias complicaciones comunes. Los islotes en contacto directo con el flujo sanguíneo sufren una respuesta inflamatoria, más de la mitad de los islotes mueren y los islotes trasplantados pueden provocar coágulos peligrosos en el hígado. Por esas razones, los médicos e investigadores han estado buscando un sitio de trasplante alternativo.

En estudios clínicos anteriores, los investigadores trasplantaron islotes al epiplón en lugar del hígado para evitar problemas de coagulación. Para asegurar los islotes en el epiplón, los médicos utilizaron plasma de la propia sangre de los pacientes para formar un gel biológico. Si bien el epiplón parecía funcionar mejor que el hígado como lugar de trasplante, persistían varios problemas, incluidos los coágulos y la inflamación.

«Ha habido un interés significativo en las comunidades médica y de investigación por encontrar un sitio alternativo para el trasplante de islotes», dijo Ameer. «Los resultados del estudio del epiplón fueron alentadores, pero variaron. Creemos que eso se debe a que el uso de la sangre de los pacientes y los componentes añadidos necesarios para crear el gel biológico pueden afectar la reproducibilidad entre los pacientes».

Una solución de citrato

Para proteger los islotes y mejorar los resultados, Ameer recurrió a la plataforma de biomateriales a base de citrato con propiedades antioxidantes inherentes desarrollada en su laboratorio. Utilizados en productos aprobados por la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. para cirugías musculoesqueléticas, los biomateriales a base de citrato han demostrado la capacidad de controlar las respuestas inflamatorias del cuerpo. Ameer se propuso investigar si una versión de estos biomateriales con propiedades de cambio de fase biodegradables y sensibles a la temperatura proporcionaría una alternativa superior a un gel biológico obtenido de la sangre.

En cultivos celulares, tanto los islotes de ratón como los humanos almacenados dentro del gel a base de citrato mantuvieron su viabilidad mucho más tiempo que los islotes en otras soluciones. Cuando se exponen a la glucosa, los islotes secretan insulina, demostrando una funcionalidad normal. Más allá de los cultivos celulares, el equipo de Ameer probó el gel en modelos animales pequeños y grandes. Líquido a temperatura ambiente, el material se convierte en gel a temperatura corporal, por lo que es fácil de aplicar y se mantiene en su lugar con facilidad.

En los estudios con animales, el gel fijó eficazmente los islotes en el epiplón de los animales. En comparación con los métodos actuales, sobrevivieron más islotes y, con el tiempo, los animales restauraron los niveles normales de glucosa en sangre. Según Ameer, el éxito se debe en parte a la biocompatibilidad y la naturaleza antioxidante del nuevo material.

«Los islotes son muy sensibles al oxígeno», dijo Ameer. «Se ven afectados tanto por la falta de oxígeno como por el exceso de oxígeno. Las propiedades antioxidantes innatas del material protegen las células. El plasma de la propia sangre no ofrece el mismo nivel de protección».

Integrarse en los tejidos

Después de unos tres meses, el cuerpo reabsorbió entre el 80 y el 90% del gel biocompatible. Pero llegado ese momento ya no era necesario.

«Lo fascinante es que los islotes regeneraron vasos sanguíneos», dijo Ameer. «El cuerpo generó una red de nuevos vasos sanguíneos para reconectar los islotes con el cuerpo. Esto es un gran avance porque los vasos sanguíneos mantienen los islotes vivos y saludables. Mientras tanto, nuestro gel simplemente se reabsorbe en el tejido circundante, dejando poca evidencia detrás. «.

Ameer pretende probar su hidrogel en modelos animales durante un período de tiempo más largo. Dijo que el nuevo hidrogel también podría usarse para diversas terapias de reemplazo celular, incluidas las células beta derivadas de células madre para el tratamiento de la diabetes.