研究者らは、インスリンを分泌する膵臓細胞を含む糸状の装置を皮下に埋め込む技術を開発した。このデバイスは、抗拒絶反応薬を必要とせずに、マウスの 1 型糖尿病を改善しました。この装置はいつかインスリン注射に取って代わる可能性がある。

1 型糖尿病患者の免疫系は、膵島細胞として知られる膵臓のインスリン産生細胞を攻撃して破壊するため、インスリン分泌が妨げられ、その結果、患者は生涯インスリン注射またはインスリンポンプの使用が必要になります。

コーネル大学とアルバータ大学の研究者らは協力して、埋め込み型デバイスが引き起こす免疫反応を回避しながらインスリンを分泌する皮下インプラントを開発した。

この研究の責任著者の一人であるミンリン・マー氏は、「長年にわたり、親や患者から多くのメールや助けを求めるメールを受け取ってきた」と語った。 「1 型糖尿病は非常に悪い病気であり、多くの子供たちがそれに苦しんでいます。そのため、私たちはこれを臨床応用し、影響力のある分野に導入することに真剣に取り組んでいます。」

2017年、コーネル大学農生命科学部（CALS）のMa氏は、アルギン酸繊維膵島移植コード（TRAFFIC）を開発した。これは、薄いアルギン酸ヒドロゲルコーティングで保護され、数十万の膵島細胞を含む取り外し可能なナイロン糸インプラントで、腹腔に挿入される。 2021年には、より強力なバージョンのインプラントが利用可能になり、マウスの血糖値を最長6か月間効果的に制御できるようになった。

この馬のインプラントは、カリフォルニア大学糖尿病研究者のジェームス・シャピロ氏の注目を集め、皮下チャネルに島細胞を移植し、免疫抑制をかけて細胞を保護する方法を開発した。

この研究のもう一人の責任著者であるシャピロ氏は、「免疫抑制の必要性を回避できるマー教授のアプローチの利点に興味があり、細胞生存率を改善するために我々の2つの革新的な戦略を組み合わせられないかと考えた。実際、うまくいった！この2つを組み合わせることで、抗拒絶反応薬を必要とせずに移植細胞の皮膚部位を改善した。」と述べた。

コラボレーションの成果は、皮下宿主アルギン酸糸である SHEATH です。

SHEATH移植プロセスは2つのステップに分かれています。まず、医療グレードのナイロン カテーテルを皮膚の下に挿入し、4 ～ 6 週間そのままにします。カテーテルは制御された異物炎症反応を引き起こし、その結果、カテーテルの周囲に密な血管ネットワークが形成されます。カテーテルが除去されたら、アルギン酸ベースの膵島細胞播種デバイスが、作成されたポケットまたはチャネルに挿入され、周囲の血管が膵島細胞に必要な酸素と栄養素を供給します。

「このチャンネルは私たちの機器に最適です」とマー氏は言いました。シャピロ氏は、「手袋をはめた手のようなものです。腹部に何かを入れるよりも、皮膚の下に何かを入れるほうがはるかに簡単で侵襲性も低くなります。外来で行うことができるため、入院する必要はありません。局所麻酔で行うことができます。」と例えました。

SHEATHシステムを糖尿病マウスに移植すると、免疫抑制剤を必要とせずに状態が逆転した。実験では、このシステムが糖尿病を長期的に改善する強力な能力を持っていることが示されており、一部のマウスでは190日以上高血糖が改善されました。さらに、システムは血糖値の上昇に基づいて、故障したインプラントを取り外したり交換したりすることができます。新しいインプラントを取り付けた後、血糖値は正常に戻りました。

システムの拡張性を実証するために、研究者らは、インプラントの挿入、除去、交換など、ミニブタの体に SHEATH 法を実装する手順の開発に成功しました。

研究者らは、SHEATH システムの機能は有望であるものの、臨床応用にはさらに多くの課題を克服する必要があることを認めています。具体的には、許容可能なカテーテルの長さを決定し、解剖学的に適切な移植部位を特定する必要があります。

「私たちが直面している課題は、デバイスが血管を遮断するため、これらの島細胞を体内で長期間機能し続けることが非常に難しいことです。しかし、体内の天然の島細胞は、栄養素と酸素を供給する血管と直接接触していることが知られています」とマー氏は述べた。 「この装置は、大量の栄養素と酸素の交換を最大化できるように設計されていますが、大型動物モデル、そして最終的には患者の細胞の長期機能をサポートする追加の手段を提供する必要があるかもしれません。」

これらの「追加機能」には、装置に酸素を継続的に供給する機能が含まれる場合があります。マー氏は、細胞に追加の酸素を供給する別のデバイスを開発するために、コーネル大学からスピンアウトした新しい会社、PersistaBioを設立しました。

こうした課題にもかかわらず、研究者らは将来のバージョンのインプラントが交換が必要になるまで2～5年は持続することを期待している。

この研究は、雑誌「Nature Biomedical Engineering」に掲載されました。