Två syreproducerande föreningar - inklusive en som ökar prestandan i vissa tvättmedel - kan en dag spela en nyckelroll i att hjälpa forskare att framgångsrikt bygga en bioartificiell bukspottkörtel i labbet för att bota typ 1-diabetes.
Rapporterar in Biomaterialvetenskap , forskare från Wake Forest Institute for Regenerative Medicine fann att det extra syre som tillhandahålls av dessa föreningar förbättrade funktionen och livsdugligheten hos insulinproducerande celler under viktiga stadier av bukspottkörtelns uppbyggnadsprocessen. Cellerna är kända för att vara giriga konsumenter av syre.
"Dessa studier ger ett bevis på konceptet för att använda syregenererande material för att lösa ett av de största hindren för att konstruera en bioartificiell bukspottkörtel - att se till att cellerna har tillräckligt med syre för att fungera tills strukturen integreras med kroppen, " sa Emmanuel C. Opara, Ph.D., professor i regenerativ medicin och ledande forskare på projektet.
Forskare har arbetat i flera år för att utveckla en bioartificiell bukspottkörtel i labbet för att hjälpa miljontals människor med typ 1-diabetes. Cirka tre miljoner amerikaner har sjukdomen, en autoimmun sjukdom som förstör insulinproducerande betaceller i bukspottkörteln. Medan insulininjektioner kan hjälpa till att kontrollera blodsockret, terapin kan inte förhindra komplikationer av sjukdomen, inklusive njurskador, nervsmärta och skador på blodkärl i ögonen som kan leda till blindhet.
Även om transplantation av en hel bukspottkörtel eller av dess insulinproducerande celler potentiellt kan bota typ 1-diabetes, dessa alternativ erbjuds sällan på grund av bristen på lämpliga bukspottkörteldonatorer och de toxiska effekterna av läkemedel mot avstötning som krävs efter en transplantation.
Som ett substitut till dessa alternativ, forskare arbetar för att bygga en bioartificiell bukspottkörtel genom att kapsla in insulinproducerande celler i små biokompatibla pärlor. Pärlorna är belagda med ett ämne som låter insulin passera igenom, men hindrar kroppen från att känna igen cellerna som "främmande" och avvisa dem. Med detta tillvägagångssätt, det skulle inte finnas något behov av läkemedel mot avstötning.
En stor utmaning med denna strategi är hur man ska tillföra cellernas syrebehov tills den bioartificiella bukspottkörteln bildar sina egna blodkärl. Insulinproducerande celler har höga syrebehov - de använder 10 till 12 procent av blodflödet till bukspottkörteln samtidigt som de står för endast 1 till 2 procent av dess vikt.
"En kontinuerlig tillförsel av syre behövs från det att cellerna först isoleras från en donatorbukspottkörtel tills det bioartificiella organet implanteras och utvecklar sina egna blodkärl, vanligtvis fem till 10 dagar efter transplantation, sa Opara.
Den aktuella studien fokuserade på natriumperkarbonat (SPO), används i tvättmedel och hushållsrengöringsmedel, och kalciumperoxid (CPO), används som antiseptisk och på många andra sätt. Målet var att avgöra om föreningarna kunde förse de insulinproducerande cellerna med syre - med början med cellisolering och fortsätter sju dagar efter mikroinkapsling.
Använda insulinproducerande celler isolerade från råttor och grisar, forskarna genomförde tre studier:lägga till SPO under cellisolering; utvärdera användningen av SPO-partiklar under celltillväxtprocessen; och bedöma om tillsats av CPO-partiklar under inkapsling skulle förbättra cellkvaliteten under en vecka i en miljö med låg syrehalt som liknar vad cellerna skulle stöta på i människokroppen.
I alla studier, forskarna kunde öka antalet levande celler med cirka 50 procent och deras förmåga att tillverka insulin med åtta gånger med tillsats av syre. De lärde sig att vissa variabler, inklusive temperatur, kan användas för att kontrollera syrenivåerna. Nästa, de kommer att arbeta för att mer exakt kontrollera syrenivåerna, för att förlänga tidsperioden som syre frigörs och för att säkerställa att vävnader inte skadas av för mycket syre.
"Vi har visat att syregenererande material potentiellt är en gångbar strategi för att komplettera syre till cellerna som används för transplantation hos patienter med diabetes, sa Opara.
