Các nhà nghiên cứu đã phát triển một kỹ thuật để cấy một thiết bị giống như sợi chỉ chứa tế bào tụy sản xuất insulin vào một túi dưới da. Thiết bị này đã đảo ngược bệnh tiểu đường loại 1 ở chuột mà không cần sử dụng thuốc chống phản kháng. Thiết bị này có thể một ngày nào đó cung cấp một lựa chọn thay thế cho việc tiêm insulin.
Trong bệnh tiểu đường loại 1, hệ thống miễn dịch của cơ thể tấn công và phá hủy các tế bào sản xuất insulin của tụy, được gọi là tế bào islet, ngăn chặn sự tiết insulin và đòi hỏi việc tiêm insulin suốt đời hoặc sử dụng máy bơm insulin.
Các nhà nghiên cứu từ Đại học Cornell và Đại học Alberta (U of A) hợp tác để tạo ra một cấy dưới da có khả năng tiết insulin mà không gây ra phản ứng miễn dịch mà các thiết bị được cấy có thể gây ra.
“Qua những năm, tôi nhận được rất nhiều email và yêu cầu từ phụ huynh và bệnh nhân nói, ‘Ở, con tôi bị chẩn đoán mắc bệnh tiểu đường loại 1, bạn có thể giúp chúng tôi không?’” – nói Minglin Ma, một trong những tác giả chính của nghiên cứu. “Đó là một căn bệnh rất xấu, và nhiều trẻ em mắc bệnh này. Vì vậy, chúng tôi thực sự nghiêm túc với việc đẩy điều này thành một ứng dụng lâm sàng, điều có ý nghĩa.”
Năm 2017, Ma, từ College of Agriculture and Life Sciences (CALS) của Cornell, đã phát triển Thread-Reinforced Alginate Fiber For Islets enCapsulation (TRAFFIC), một thiết bị cấy chỉ nylon có thể tháo rời chứa hàng trăm nghìn tế bào islet được bảo vệ bằng một lớp phủ gel alginate mỏng và được cắm vào bụng. Một phiên bản mạnh mẽ hơn của thiết bị đã được tạo ra vào năm 2021 và đã kiểm soát được đường huyết ổn định ở chuột trong vòng tới sáu tháng.
Implant của Ma đã thu hút sự chú ý của James Shapiro, nghiên cứu viên tiểu đường của U of A, người đã tạo ra một phương pháp để cấy tế bào islet vào các kênh ngay dưới da và sau đó áp dụng chế độ ức chế miễn dịch để bảo vệ chúng.
“Tôi rất ấn tượng với ưu điểm của phương pháp của Ma vì nó tránh được việc sử dụng ức chế miễn dịch, và tôi tự hỏi liệu chúng ta có thể kết hợp hai chiến lược sáng tạo của mình để cải thiện khả năng sống sót của tế bào,” – Shapiro, tác giả chính khác của nghiên cứu, nói. “Và thực sự, nó đã hoạt động! Bằng cách kết hợp cả hai, nó thực sự đã cải thiện vị trí trang trại cho việc cấy tế bào mà không cần sử dụng thuốc chống phản kháng.”
Kết quả của sự hợp tác đã tạo ra SHEATH, tức Subcutaneous Host-Enabled Alginate THread.
Quá trình cấy ghép SHEATH là một quy trình hai bước. Đầu tiên, một ống catheter nylon y tế được cấy dưới da, nơi nó ở lại trong bốn đến sáu tuần. Catheter kích thích một phản ứng viêm nhiễm kiểm soát của cơ thể, gây ra một mạng mạch máu dày quanh nó. Khi các catheter được loại bỏ, thiết bị chứa tế bào islet dựa trên alginate được cấy vào túi – hoặc kênh – đã được tạo ra, với các mạch máu xung quanh cung cấp oxy và chất dinh dưỡng cần thiết cho tế bào islet.
“Kênh đó là sự lựa chọn hoàn hảo cho thiết bị của chúng tôi,” Ma nói. “Shapiro đã sử dụng đối chiếu này như là việc đưa một bàn tay vào găng tay. Và việc đặt cái gì đó dưới da dễ dàng hơn nhiều, ít xâm lấn hơn so với bụng. Nó có thể được thực hiện như một thủ thuật ngoại trú, vì vậy bạn không cần phải ở lại bệnh viện. Nó có thể được thực hiện dưới gây tê địa phương.”
Việc cấy hệ thống SHEATH vào chuột tiểu đường đã dẫn đến việc đảo ngược tình trạng mà không cần sự kiểm soát miễn dịch. Các thí nghiệm đã cho thấy khả năng đảo ngược tiểu đường lâu dài mạnh mẽ, với một số chuột đạt được sự điều chỉnh của đường huyết cao trong hơn 190 ngày. Hơn nữa, hệ thống cho phép loại bỏ và thay thế một cấy ghép đang gặp vấn đề, được chỉ định bằng việc tăng đường huyết. Sau khi được thay thế bằng một cấy ghép mới, mức đường huyết trở lại bình thường.
Xác nhận khả năng mở rộng của hệ thống, các nhà nghiên cứu đã thành công trong việc phát triển các quy trình để triển khai phương pháp SHEATH trong lợn con, bao gồm việc cắm, rút và thay thế cấy ghép.
Các nhà nghiên cứu nhận thức rằng, mặc dù có những đặc điểm hứa hẹn của hệ thống SHEATH, nhưng cần vượt qua thêm những thách thức liên quan đến tính ứng dụng lâm sàng của nó. Cụ thể, xác định chiều dài catheter chấp nhận được và xác định các vị trí phù hợp về mặt giải phẫu để đặt thiết bị.
“Thách thức là, việc duy trì chức năng của những cụm tế bào này trong thời gian dài bên trong cơ thể nơi có một thiết bị là rất khó khăn vì thiết bị chặn các mạch máu, nhưng tế bào islet tự nhiên trong cơ thể được biết đến là tiếp xúc trực tiếp với các mạch máu cung cấp dưỡng chất và oxy,” – Ma nói. “Thiết bị được thiết kế sao cho chúng ta có thể tối đa hóa sự trao đổi chất của dưỡng chất và oxy, nhưng có thể chúng ta cần phải cung cấp các phương tiện bổ sung để hỗ trợ các tế bào để chúng có thể hoạt động trong thời gian dài trên mô hình động vật lớn và cuối cùng là bệnh nhân.”
Những “phương tiện bổ sung” này có thể bao gồm việc tích hợp cung cấp oxy liên tục vào thiết bị. Ma đã thành lập một công ty con mới của Cornell, Persista Bio, để phát triển một thiết bị riêng để cung cấp oxy bổ sung cho các tế bào.
Mặc dù có những thách thức này, những nhà nghiên cứu hi vọng rằng các phiên bản tương lai của thiết bị cấy sẽ có thể tồn tại từ hai đến năm trước khi cần phải được thay thế.