L’implant auto-oxygénant du MIT va révolutionner le traitement du diabète

L’appareil contient des cellules encapsulées qui produisent

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>insulineainsi qu’une petite usine de production d’oxygène qui maintient les cellules en bonne santé.

Une approche prometteuse pour traiter le diabète de type 1 consiste à implanter des cellules d’îlots pancréatiques capables de produire de l’insuline en cas de besoin, ce qui peut libérer les patients de l’obligation de s’injecter fréquemment de l’insuline. Cependant, un obstacle majeur à cette approche est qu’une fois les cellules implantées, elles finissent par manquer d’oxygène et cesser de produire de l’insuline.

Pour surmonter cet obstacle,

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”>AVEC Les ingénieurs ont conçu un nouveau dispositif implantable qui transporte non seulement des centaines de milliers de cellules d’îlots producteurs d’insuline, mais possède également sa propre usine d’oxygène embarquée, qui génère de l’oxygène en divisant la vapeur d’eau présente dans le corps.

Les chercheurs ont montré que, une fois implanté chez des souris diabétiques, ce dispositif pouvait maintenir leur glycémie stable pendant au moins un mois. Les chercheurs espèrent maintenant créer une version plus grande de l’appareil, de la taille d’un bâton de chewing-gum, qui pourrait éventuellement être testée chez des personnes atteintes de diabète de type 1.

Les ingénieurs du MIT ont conçu un dispositif implantable transportant des centaines de milliers de cellules d’îlots ainsi que sa propre usine d’oxygène embarquée pour maintenir les cellules en bonne santé. Crédit : Felice Frankel

Points de vue de l’équipe de recherche

« Vous pouvez considérer cela comme un dispositif médical vivant fabriqué à partir de cellules humaines qui sécrètent de l’insuline, ainsi qu’un système électronique de survie. Nous sommes enthousiasmés par les progrès réalisés jusqu’à présent et nous sommes vraiment optimistes que cette technologie pourrait finir par aider les patients », déclare Daniel Anderson, professeur au département de génie chimique du MIT, membre du Koch Institute for Integrative Cancer Research and Institute du MIT. pour le génie médical et la science (IMES) et auteur principal de l’étude.

Bien que les chercheurs se concentrent principalement sur le traitement du diabète, ils affirment que ce type de dispositif pourrait également être adapté pour traiter d’autres maladies nécessitant une administration répétée de protéines thérapeutiques.

Siddharth Krishnan, chercheur au MIT, est l’auteur principal de l’article, récemment publié dans le Actes de l’Académie nationale des sciences. L’équipe de recherche comprend également plusieurs autres chercheurs du MIT, dont Robert Langer, professeur à l’Institut David H. Koch au MIT et membre de l’Institut Koch, ainsi que des chercheurs du Boston Children’s Hospital.

Sur la photo, l’appareil est immergé dans l’eau, générant des bulles d’oxygène (en bas) et d’hydrogène (en haut) sans avoir besoin de piles ou de fils. Crédit : Avec l’aimable autorisation de Claudia Liu et du Dr Siddharth Krishnan, MIT/Boston Children’s Hospital

Le défi actuel du traitement du diabète

La plupart des patients atteints de diabète de type 1 doivent surveiller attentivement leur glycémie et s’injecter de l’insuline au moins une fois par jour. Cependant, ce processus ne reproduit pas la capacité naturelle du corps à contrôler la glycémie.

“La grande majorité des diabétiques insulino-dépendants s’injectent de l’insuline et font de leur mieux, mais ils n’ont pas un taux de sucre dans le sang sain”, explique Anderson. “Si vous regardez leur taux de sucre dans le sang, même pour les personnes très attentives, ils ne peuvent tout simplement pas égaler ce qu’un pancréas vivant peut faire.”

Une meilleure alternative serait de transplanter des cellules qui produisent de l’insuline chaque fois qu’elles détectent des augmentations de la glycémie du patient. Certains patients diabétiques ont reçu une greffe de cellules d’îlots provenant de cadavres humains, ce qui permet de contrôler le diabète à long terme ; cependant, ces patients doivent prendre des médicaments immunosuppresseurs pour empêcher leur organisme de rejeter les cellules implantées.

Plus récemment, des chercheurs ont montré un succès similaire avec les cellules d’îlots dérivées de cellules souches, mais les patients qui reçoivent ces cellules doivent également prendre des médicaments immunosuppresseurs.

Cette photo montre le côté cathodique d’un appareil entièrement assemblé, avec une pièce d’un quart de dollar américain comme échelle. Crédit : Avec l’aimable autorisation de Claudia Liu et du Dr Siddharth Krishnan, MIT/Boston Children’s Hospital

Relever le défi de l’approvisionnement en oxygène

Une autre possibilité, qui pourrait éviter le besoin de médicaments immunosuppresseurs, consiste à encapsuler les cellules transplantées dans un dispositif flexible qui protège les cellules du système immunitaire. Cependant, trouver un approvisionnement fiable en oxygène pour ces cellules encapsulées s’est avéré difficile.

Certains dispositifs expérimentaux, dont un qui a été testé lors d’essais cliniques, disposent d’une chambre à oxygène pouvant alimenter les cellules, mais cette chambre doit être rechargée périodiquement. D’autres chercheurs ont développé des implants contenant des réactifs chimiques capables de générer de l’oxygène, mais ceux-ci finissent également par s’épuiser.

L’équipe du MIT a adopté une approche différente qui pourrait potentiellement générer de l’oxygène indéfiniment, en divisant l’eau. Cela se fait à l’aide d’une membrane échangeuse de protons – une technologie initialement déployée pour générer de l’hydrogène dans les piles à combustible – située à l’intérieur de l’appareil. Cette membrane peut diviser la vapeur d’eau (trouvée en abondance dans le corps) en hydrogène, qui se diffuse sans danger, et en oxygène, qui entre dans une chambre de stockage qui alimente les cellules des îlots à travers une fine membrane perméable à l’oxygène.

Un avantage important de cette approche est qu’elle ne nécessite aucun fil ni pile. La division de cette vapeur d’eau nécessite une petite tension (environ 2 volts), générée à l’aide d’un phénomène connu sous le nom de couplage inductif résonant. Une bobine magnétique accordée située à l’extérieur du corps transmet l’énergie à une petite antenne flexible à l’intérieur de l’appareil, permettant un transfert d’énergie sans fil. Cela nécessite une antenne externe, qui, selon les chercheurs, pourrait être portée sous forme de patch sur la peau du patient.

Des résultats expérimentaux prometteurs

Après avoir construit leur appareil, qui fait environ la taille d’un quart des États-Unis, les chercheurs l’ont testé sur des souris diabétiques. Un groupe de souris a reçu le dispositif doté d’une membrane génératrice d’oxygène et divisant l’eau, tandis que l’autre a reçu un dispositif contenant des cellules d’îlots sans oxygène supplémentaire. Les dispositifs ont été implantés juste sous la peau, chez des souris dotées d’un système immunitaire pleinement fonctionnel.

Les chercheurs ont découvert que les souris implantées avec le dispositif générateur d’oxygène étaient capables de maintenir une glycémie normale, comparable à celle des animaux en bonne santé. Cependant, les souris ayant reçu le dispositif non oxygéné sont devenues hyperglycémiques (avec une glycémie élevée) en deux semaines environ.

Généralement, lorsqu’un dispositif médical est implanté dans le corps, l’attaque du système immunitaire entraîne une accumulation de tissu cicatriciel appelé fibrose, qui peut réduire l’efficacité du dispositif. Ce type de tissu cicatriciel s’est formé autour des implants utilisés dans cette étude, mais le succès du dispositif dans le contrôle de la glycémie suggère que l’insuline était toujours capable de diffuser hors du dispositif et du glucose à l’intérieur.

Cette approche pourrait également être utilisée pour délivrer des cellules qui produisent d’autres types de protéines thérapeutiques qui doivent être administrées sur de longues périodes. Dans cette étude, les chercheurs ont montré que l’appareil pouvait également maintenir vivantes les cellules qui produisent de l’érythropoïétine, une protéine qui stimule la production de globules rouges.

Perspectives d’avenir

“Nous sommes optimistes qu’il sera possible de fabriquer des dispositifs médicaux vivants pouvant résider dans le corps et produire des médicaments selon les besoins”, déclare Anderson. « Il existe diverses maladies dans lesquelles les patients doivent prendre des protéines de manière exogène, parfois très fréquemment. Si nous pouvons remplacer le besoin de perfusions toutes les deux semaines par un seul implant qui peut agir pendant une longue période, je pense que cela pourrait vraiment aider beaucoup de patients.

Les chercheurs prévoient désormais d’adapter le dispositif pour le tester sur des animaux plus gros et éventuellement sur des humains. Pour un usage humain, ils espèrent développer un implant qui aurait à peu près la taille d’un bâton de chewing-gum. Ils prévoient également de tester si l’appareil peut rester dans le corps pendant de plus longues périodes.

“Les matériaux que nous avons utilisés sont intrinsèquement stables et ont une longue durée de vie. Je pense donc que ce type d’exploitation à long terme est possible, et c’est sur cela que nous travaillons”, explique Krishnan.

“Nous sommes très enthousiasmés par ces découvertes, qui, selon nous, pourraient un jour fournir une toute nouvelle façon de traiter le diabète et éventuellement d’autres maladies”, ajoute Langer.

La recherche a été financée par FRDJ, le Leona M. et Harry B. Helmsley Charitable Trust et l’Institut national d’imagerie biomédicale et de bio-ingénierie du

” data-gt-translate-attributes=”[{“attribute”:”data-cmtooltip”, “format”:”html”}]”> Instituts nationaux de la santé.