Diabetes: Hydrogelschicht soll transplantierte Inselzellen vor Abstoßung schützen

Eine hauchdünne Hydrogelschicht soll transplantierte Inselzellen vor dem Immunsystem schützen und gleichzeitig die Insulinfreisetzung ermöglichen. Im Mausmodell hielten die Effekte der Zelltherapie mehr als 100 Tage an – ohne dauerhafte Immunsuppression.

Forschende der Penn State University (USA) haben einen neuartigen Ansatz entwickelt, um therapeutische Zellen bei einer Transplantation vor dem Angriff des Immunsystems zu schützen. Dazu umhüllten sie insulinproduzierende Inselzellen mit einer extrem dünnen Hydrogelschicht, die eine natürliche Struktur auf der Oberfläche menschlicher Eizellen nachahmt. Diese sogenannte biomimetische Zona pellucida (BZP) wirkt dabei wie eine Art „Tarnkappe“ für die transplantierten Zellen. Veröffentlicht wurde die entsprechende Studie nun im Fachjournal „Nature Biomedical Engineering“.

Immunsuppression als zentrale Herausforderung

Bei einer Zelltherapie werden speziell ausgewählte Spenderzellen in den Körper des Empfängers eingebracht, um dort therapeutische Funktionen zu übernehmen. Bei Diabetes können beispielsweise Inselzellen transplantiert werden, die Insulin produzieren und dadurch zur Regulierung des Blutzuckers beitragen.

Das Problem: Erkennt das Immunsystem die Spenderzellen als fremd, greift es sie im Rahmen einer Immunantwort an. Transplantierte Patientinnen und Patienten werden deshalb nach einer Inselzelltransplantation bislang dauerhaft mit Immunsuppressiva behandelt. Die Medikamente unterdrücken zwar die Immunreaktion, können aber erhebliche Nebenwirkungen verursachen und unter anderem das Risiko für Infektionen und Tumorerkrankungen erhöhen.

Um die Immunsuppression zu umgehen, suchen derzeit mehrere Forschungsgruppen nach innovativen Ansätzen, mit denen sich die transplantierten Inselzellen vor dem Immunsystem schützen oder verbergen lassen. So entwickelten US-Forschende beispielsweise einen kristallinen Schutzschild für ein Betazell-Implantat. Ein anderes Forschungsteam kombinierte die Transplantation der Inselzellen mit einer Stammzelltransplantation und verhinderte so eine ungewollte Immunreaktion. Beide Ansätze wurden bislang jedoch ausschließlich in Mausmodellen untersucht.

Hydrogel ahmt natürliche Eizellhülle nach

Um die transplantierten Zellen vor dem Immunsystem abzuschirmen, entwickelte das Forschungsteam die biomimetische Zona pellucida (BZP). Sie basiert auf der Eizellen umgebenden Zona pellucida und besteht aus einem sehr dünnschichtigen Hydrogel.

Die Beschichtung soll die Spenderzellen für das Immunsystem gewissermaßen unsichtbar machen. Gleichzeitig ist sie durchlässig. Dadurch können die geschützten Inselzellen weiterhin therapeutisch relevante Moleküle wie Insulin an den Körper abgeben.

„Indem wir die natürliche, extrem dünne, aus Proteinen bestehende Hülle von Eizellen nachahmen, können wir Zellen für therapeutische Transplantationen stabilisieren und gleichzeitig vor dem Immunsystem verbergen“, erläutert Erstautor Dr. Kyungsene Lee, Havard Medical School (USA).

Blutzucker innerhalb einer Woche normalisiert

Die Entwicklung der Technologie dauerte nach Angaben der Forschenden acht Jahre. Eine besondere Herausforderung bestand darin, eine lediglich 20 Mikrometer dünne Hydrogelschicht herzustellen. Sie ist damit deutlich dünner als ein menschliches Haar.

Die Beschichtung musste sich zudem eng an die gekrümmte Oberfläche lebender Zellen beziehungsweise Zellverbände anlegen, ohne deren Funktion zu beeinträchtigen. Nachdem das Team die Verträglichkeit mit lebendem Material bestätigt hatte, wurden die beschichteten Inselzellen in einem Mausmodell für Diabetes getestet.

Die behandelten Mäuse erreichten innerhalb einer Woche wieder normale Blutzuckerwerte. Bei den meisten Tieren blieb der Diabetes anschließend mehr als 100 Tage unter Kontrolle. Dabei benötigten die Tiere keine dauerhafte Behandlung mit Immunsuppressiva. Im Vergleich dazu zeigten unbeschichtete, transplantierte Inselzellen ohne systemische Immunsuppression meist nur für etwa eine Woche oder sogar noch kürzer einen therapeutischen Effekt.

Anwendung auch bei anderen Zelltherapien denkbar

In weiteren Untersuchungen wollen die Wissenschaftler zunächst klären, wie lange einzelne Inselzelltransplantationen durch die BZP-Beschichtung tatsächlich vor der Immunreaktion geschützt werden können. Langfristig könnte der Ansatz nicht nur bei Diabetes Anwendung finden, sondern nach weiterer Forschung und Optimierung auch als Plattform für verschiedene Zelltherapien dienen.

„Diese Technik könnte in der Immuntherapie eingesetzt werden, um Zellen widerstandsfähiger gegen chronische Erkrankungen zu machen, oder in der regenerativen Medizin, um das Zellwachstum anzuregen und geschädigtes oder verlorenes Gewebe zu regenerieren“, erklärt Prof. Yong Wang, Korrespondenzautor der Studie, abschließend.

(mkl/BIERMANN)