Pankreas adacık hücrelerinin diyabetli hastalara nakledilmesi, bu hastaların çoğunun ihtiyaç duyduğu günlük insülin enjeksiyonlarına umut verici bir alternatiftir. Bu hücreler, kan şekeri seviyesini izleyen ve gerektiğinde insülini salgılayan, biyolojik bir pankreas gibi davranabilir.
Bu tür bir transplantasyonun başarılı olması için bilim insanlarının, implante hücrelerin insülin üretmek ve hayatta kalmak için ihtiyaç duydukları yeterli oksijeni aldığından emin olmaları gerekir. MIT mühendisleri; bu hücrelerin oksijen seviyelerini canlı hayvanlarda uzun süre ölçebilecek bir yöntem geliştirdi. Böylece yöntem, hangi implantların daha etkili olacağını tahmin etmelerine yardımcı olacaktır.
Araştırmacılar bu yöntemi, özel bir manyetik rezonans görüntüleme türünü (MRG), fare karın zarı (IP) boşluğundaki implante edilmiş hücrelerin; oksijen seviyelerinin uzun bir süre boşlukta hareket ettiğinde, nasıl değiştiğini izlemek için kullanabileceklerini belirtiyor.
MIT Koch Bütünleştirici Kanser Enstitüsü, Kimya Mühendisliği Bölümü Tıbbi Mühendislik ve Bilim Araştırma Enstitüsü (IMES) Doçenti Daniel Anderson: “Amacımız hastalar için talep üzerine ilaç tedarik edebilen, canlı hücresel fabrikalar üretmektir. Oksijen kaynağını ve implante hücrelerin yerini takip etme yeteneği; başarılı tedavilerin nasıl kurulacağını ve kullanılacağını daha iyi anlamamıza yardımcı olacak.”
Daha İyi Ölçümler
Son birkaç yıldır, Anderson, Langer ve meslektaşları; alglerde doğal olarak bulunan, nişastalı bir molekül olan, aljinat’tan yapılma parçacıklar içine yerleştirilmiş, implante edilebilir adacık hücreleri geliştirmektedir. Bu parçacıklar; düzgün çalışmayan Tip 1 diyabetli kişilerin pankreas adacık hücrelerini değiştirmek için kullanılabilir.Daha önceki bir çalışmada araştırmacılar; 1.5 milimetre çapında daha büyük partiküllerin, işlevlerini kısmen daha küçük partiküllerden (0.5 milimetre çapında) daha uzun süre koruduğunu, bunun sebebinin ise; daha küçük partiküllerin bloklarını çevreleyen yara dokusu tarafından çevrilme eğiliminde olduklarını keşfetti.
Bununla birlikte, bu implante hücrelerdeki oksijenin rolü hakkında sorular hala devam etmektedir. Parçacıklar; implante edildikten sonra IP boşluğu içinde hareket edebilir, bu da onların oksijen almalarına neden olur. IP boşluğunun farklı bölümleri, farklı seviyelerde oksijen içerir ve önceki çalışmalar, daha küçük parçacıkların, daha az oksijene sahip yağ parçalarında kümelenme eğiliminde olduklarını ve gözlemin başarısızlıkla sonuçlandığını göstermiştir.
Genellikle canlı dokulardaki oksijen seviyelerini ölçmek için kullanılan optik mikrosensörler çok kırılgan ve istilacıdır. Bu nedenle MIT ekibi alternatif bir yaklaşım denemeye karar verdi: Daha önce diğer araştırmacıların canlı hücreleri izlemek için kullandıkları bir teknik olan flüor MRG… Geleneksel MRG bir manyetik alan ve hidrojen çekirdeği arasındaki etkileşimi ölçerken; flüor MRG, manyetik alan ve flor çekirdeği arasındaki benzer etkileşimleri ve bu etkileşimlerin oksijenin varlığından nasıl etkilendiğini ölçebilir.
Araştırmayı gerçekleştirmek için araştırmacılar; normal olarak adacık hücrelerini kapsüllemek için kullandıkları Aljinatta Perflorokarbon Emülsiyonu adı verilen, flor içeren bir materyal kullandılar. Diyabetik ve diyabetik olmayan farelerde, çapı 0.5 ve 1.5 milimetre olan parçacıkları test ettiler. Diyabetik olmayan fareler, içinde hücre olmayan aljinat implantleri alırken; diyabetik fareler, pankreas adacık hücreli implantlar aldı.
Araştırmacılar daha sonra, üç ay boyunca IP alanındaki oksijen seviyelerini ölçmek için flüor MRG kullandılar. Aynı zamanda, diyabetik farelerin kan şekeri seviyelerini de ölçtüler. Elde edilen verileri analiz etmelerine yardımcı olması için araştırmacılar; tüm görüntüleri gözden geçirmek ve kapsüllerin IP boşluğu içindeki konumları, oksijen seviyeleri ve farelerin kan glukoz seviyeleri arasındaki ilişkileri bulmak amacıyla bir makine öğrenme algoritması kullandılar.
Spanoudaki: “Bu tür görüntüleme çalışmaları, çok fazla veri içeriyor ve tüm bu 2 boyutlu görüntülerin taranması ve kapsüllerin konumunun oksijen konsantrasyonunu nasıl etkilediği hakkında kararlar almak, son derece zor… İnsan gözlemcisi tarafından yapıldığında da hata payı yüksek… Bu yüzden, otomatik olarak görüntüleri gözden geçirmek ve kapsüllerin pozisyonları ile diğer parametreler arasındaki ilişkileri bulmak için makine öğrenmeye güvendik.”
Bu analiz; daha küçük kapsüllerin, tedavinin ilk 30 günü boyunca diyabetik fareleri tedavi etmek için yeterli insülin ürettiğini, ancak daha sonra büyük kümelerde örgütlenme ve hayvanların ekstremitelerinin yağlı bölgelerinde birikme olduğunu gösterdi. Parçacıklar; oksijenden mahrum bu bölgelerde sıkışıp kaldıklarında farelerde; kan glukoz seviyeleri yükseldi.
Daha büyük kapsüller daha geniş bir alana yayılma eğilimindeydi. Bu nedenle bazıları düşük oksijenli bölgelerde, bazıları da yüksek oksijenli bölgelerde sonuçlandı. Genel olarak, hücreler diyabetik farelerin kan glikoz seviyelerini birkaç ay boyunca sabit tutmak için yeterince insülin salgıladı.
Joslin Diabetes Center’ın Adacık ve Rejeneratif Biyoloji Bölümünün Eşbaşkanı Gordon Weir: “Çalışma, adacık hücrelerini iletmek için kullanılan aljinat kapsüllerinin optimal büyüklüğü ile ilgili önemli konulara ışık tutmaktadır.MIT grubu daha önce, 0.5 milimetreye kıyasla 1.5 milimetre çapa sahip kapsüller kullanan farelerde (ve insan dışı primatlarda) daha iyi nakil sonuçlarını göstermiştir. Şimdi bu olağanüstü teknikle neyin şüpheli olduğunu görebiliyoruz: Daha küçük kapsüller, daha kolay topaklanma eğilimindedir. Bu da insülin sekresyonunun bozulmasına ve hücre ölümüne yol açan duruma neden oluyor.”
Biyo-Yapay Bir Pankreasa Doğru
Langer, Anderson ve ekibinin biyo-yapay pankreas geliştirmek için başlattığı şirket Sigilon Therapeutics; gelecek yılın başlarında hastalarda, implante edilebilir adacık hücrelerini test etmeyi umuyor. Araştırmacılar; yeni oksijen ölçüm tekniğinin; kapsüllenmiş adacıkların gelecekteki sürümlerinin gelişimine rehberlik edebilecek, insanlar dahil olmak üzere daha büyük hayvanlarda da kullanım için uyarlanabileceğini belirtiyor.
Spanoudaki: “Daha büyük hayvanlarda yapılan ölçümlere dayanarak; biyolojik olarak yapay pankreas tasarlamanın farklı yolları olup olmadığını anlamak istiyoruz. Böylece potansiyel olarak azaltılmış oksijen ile sonuçlanan kapsüllerin bu birikimi gerçekleşmez. Bunu, bio-yapay pankreas için daha iyi tasarımlar yapmak amacıyla bir rehber olarak kullanmayı umuyoruz.”
Araştırmacılar ayrıca, oksijen seviyelerinin metastaz ve immün hücre aktivasyonu gibi diğer hücre işlemlerini nasıl etkilediğini incelemek için flüor MRG teknolojisini de uyarlamayı umuyor.
