Inselzell-Implantat trotzt dem Immunsystem

Bei Typ-1-Diabetes zerstört das Immunsystem die insulinproduzierenden Betazellen der Langerhans-Inseln in der Bauchspeicheldrüse, was den Zuckermetabolismus stört. Geheilt werden kann die Erkrankung theoretisch durch eine Transplantation von körperfremden Betazellen, was in einzelnen Fällen bereits funktioniert hat. Nach solchen Eingriffen ist allerdings lebenslang eine Immunsuppression nötig, zudem ist unklar, ob die Autoimmunreaktion nicht auch die transplantierten Zellen angreift.

Um dies zu umgehen, hat ein Forschungsteam um Dr. Tung Pham und Lora Tran von der Cornell University in Ithaca, USA, ein spezielles System entwickelt, in dem die Betazellen in einer Art Schutzhülle eingeschlossen und vor Angriffen des Immunsystems geschützt sind. Ihr System BEAM (BioElectronics-Assisted Macroencapsulation) stellen die Forschenden im Fachjournal »Nature Communications« vor.

BEAM ist eine Weiterentwicklung eines Implantats, das die Arbeitsgruppe um Seniorautor Professor Dr. Minglin Ma bereits 2017 entwickelt hatte. In einem schmalen Polymerstrang waren Tausende von Inselzellen enthalten, die durch eine dünne Hydrogelbeschichtung geschützt waren. Das Gerät war wie ein winziger, mikroporöser Käfig aufgebaut: Die eingeschlossenen Inselzellen konnten Insulin produzieren und als Reaktion auf steigende Blutzuckerspiegel des Körpers abgeben. Gleichzeitig wurden sie kontinuierlich mit Nährstoffen und Sauerstoff versorgt.

Diese Implantate konnten bei diabetischen Mäusen den Blutzuckerspiegel kontrollieren, hielten aber nur eine begrenzte Zeit. »Eine der größten Herausforderungen ist, dass das Implantat selbst nach der Implantation oft aufgrund von Sauerstoffmangel abstirbt«, berichtet Tran aktuell in einer Mitteilung der Universität. Das erste System ohne Sauerstofferzeugung sei bei den kleinen Tieren effektiv gewesen. »Wenn wir jedoch den Maßstab vergrößern, benötigen wir mehr Zellen, insbesondere eine höhere Zelldichte. Wir brauchen eine höhere Dosis. Wenn wir ohne Sauerstofferzeugung implantieren, sterben die Zellen oft innerhalb von zwei Wochen.«

Aus diesem Grund entwickelte das Team einen implantierbaren elektrochemischen Sauerstoffgenerator (iEOG) und verband diesen mit dem Inselzell-gefüllten Polymerstrang. Der Generator hat die Größe einer Münze und lässt sich auch wieder entfernen. Die Inselzellen sind von einer Nanofaser-Membran umgeben, die sie vor Angriffen des Immunsystems schützt, aber für kleine Moleküle wie Glucose und Insulin durchlässig ist.