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Las cápsulas de algas marinas pueden permitir a pacientes diabéticos llevar una vida sin inyecciones

5 de enero, 2016
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La diabetes es una de las principales causas de muerte. Los pacientes con diabetes tipo 1 tienen destruidas sus células secretoras de insulina por el sistema inmune y requieren inyecciones diarias de insulina. El trasplante de islotes pancreáticos es un tratamiento eficaz que puede reducir drásticamente las dosis diarias o incluso eliminar la dependencia de insulina externa. Se inyectan células productoras de insulina en el hígado receptor y después de un período de adaptación, empiezan a producir la suficiente hormona que necesitan los pacientes diabéticos.

Sin embargo, mientras que el procedimiento de trasplante en sí ha mejorado mucho en los últimos años, la recolección, preservación y transporte de estas células sigue siendo un reto. La investigación publicada en Advanced Healthcare Materials por los científicos del Instituto de Tecnología de Okinawa y la Universidad de Graduados en Ciencias (OIST), en colaboración con la Universidad de Washington y la Universidad Wuhan de Tecnología ofrece una solución para algunos de estos problemas.

La producción y secreción de la insulina ocurren en el páncreas – una glándula endocrina en el sistema digestivo. Las células secretoras de insulina se agrupan en islotes pancreáticos. A pesar de su papel crucial en el bienestar del organismo, estos islotes constituyen sólo un pequeño porcentaje del tejido pancreático. El trasplante de islotes no requiere una intervención quirúrgica mayor, sino que a menudo se realiza bajo anestesia local. También es más barato y podría ser más seguro que el trasplante de todo el páncreas. Lamentablemente, hasta ahora, sólo los islotes humanos pueden ser trasplantados y su suministro no va más allá que de un simple goteo.

La crioconservación, o la congelación profunda, es el método comúnmente utilizado para la preservación de los islotes y el transporte. Pero no es completamente seguro. Uno podría pensar que el almacenamiento a temperaturas inferiores a -190 ° C es la fase más peligrosa. Sin embargo, las células lo pueden soportar.

Es el propio proceso de congelación (de -15 a -60 ° C) el que representa el mayor número de desafíos. A medida que se enfrían las células, el agua de las células y el agua alrededor de ellas se congela. Los cristales de hielo tienen bordes afilados que pueden perforar las membranas y comprometer la viabilidad celular. Esto también resulta problemático durante la descongelación.

Un grupo multidisciplinario de investigadores dirigido por la Profesora Amy Shen, directora de la Unidad de Micro / Bio / Nanofluídos en OIST, desarrolló un nuevo método de criopreservación que no sólo ayuda a proteger los islotes pancreáticos del daño del hielo, sino que también facilita una evaluación a tiempo real de la viabilidad de la célula. Además, este método puede reducir el rechazo de trasplantes y, a su vez, reducir el uso de fármacos inmunosupresores, que pueden ser perjudiciales para la salud del paciente.

La novedosa técnica emplea un dispositivo de goteo de microfluidos para encapsular islotes pancreáticos en hidrogel de alginato, un polímero natural extraído de las algas marinas. Estas cápsulas tienen una microestructura única: una red porosa y una considerable cantidad de agua no congelable. Hay tres tipos de agua en el hidrogel: agua libre, agua ligada congelable y agua ligada no congelable. El agua libre es el agua normal: se congela a 0 ° C, produciendo cristales de hielo. El agua ligada congelable también se cristaliza, pero el punto de congelación es menor. El agua ligada no congelable no forma hielo debido a la fuerte asociación entre las moléculas de agua y las redes de hidrogel. Las cápsulas de hidrogel con grandes cantidades de agua ligada no congelable protegen a las células contra el daño del hielo y reducen la necesidad de crioprotectores – sustancias especiales que minimizan o evitan daños por congelación y pueden ser tóxicas en altas concentraciones.

Otra innovación, propuesta por el grupo, es el uso de un colorante fluorescente sensible al oxígeno en cápsulas de hidrogel. La estructura porosa de las cápsulas no impide el flujo de oxígeno a las células y el colorante funciona como un sensor de oxígeno de un solo islote en tiempo real. La fluorescencia indica si las células están consumiendo oxígeno y, por tanto, están vivas y sanas. Es un método simple, eficiente en tiempo, y barato para evaluar la viabilidad, tanto de los islotes individuales como de las poblaciones de los mismos.

La encapsulación del islote reduce el riesgo de rechazo de las células trasplantadas por el destinatario. La cápsula de hidrogel permite a las pequeñas moléculas, por ejemplo, nutrientes y secreciones de los islotes, que pasen a través de la membrana con facilidad, pero impide el contacto directo entre los islotes implantados y las células huésped. La encapsulación también puede prevenir un ataque a los trasplantes por parte de la respuesta autoinmune que destruye los islotes del paciente.

El método de microencapsulación puede ayudar a superar algunos de los principales retos en el trasplante de islotes pancreáticos, incluyendo la escasez de islotes disponibles y la falta de métodos de control, sencillos y fiables, sobre todo para la evaluación individual de los islotes. Ofrece esperanza a los pacientes que sufren de diabetes tipo 1 de volver a una vida “normal”, libre de las inyecciones de insulina.
..Susana Calvo