Per un miglior trattamento del diabete si utilizzeranno cellule HEK-beta

Schema di una cellula HEK-beta. 

Credit: Politecnico federale di Zurigo

I ricercatori guidati dal professor Martin ETH Fussenegger (Dipartimento di Scienza e Ingegneria Biosystems_D-BSSE) a Basilea hanno prodotto cellule beta artificiali con un semplice  approccio ingegneristico .

Le cellule beta artificiali possono fare tutto quello che fanno quelli naturali: misurano la concentrazione di glucosio nel sangue e producono abbastanza insulina per abbassare efficacemente il livello di zucchero nel sangue. I ricercatori ETH hanno presentato di recente lo sviluppo su queste cellule HEK-beta artificiale.Approcci precedenti erano basate sulle cellule staminali, che gli scienziati hanno permesso di maturare in cellule beta o con l'aggiunta di fattori di crescita o incorporando reti genetiche complesse.

La riprogrammazione di cellule HEK

Per il loro nuovo approccio, i ricercatori hanno utilizzato ETH, una linea cellulare a base di cellule renali umane, cellule HEK. Hanno utilizzato le proteine ​​di trasporto del glucosio naturale e canali del potassio nella membrana delle cellule HEK, arricchite con un canale del calcio voltaggio-dipendenti e un gene per la produzione di insulina e GLP-1, cioè l'ormone coinvolto nella regolazione della glicemia.

Interruttore di tensione provoca la produzione di insulina

Nelle cellule beta artificiali, proteine naturali di trasporto del glucosio delle cellule HEK 'trasportano il glucosio dal sangue nell'interno della cellula. Quando il livello di zucchero nel sangue supera una certa soglia, i canali del potassio si chiudono. Questo inverte la distribuzione della tensione alla membrana, causando l'apertura dei canali del calcio. Come il calcio fluisce, comporta per le cellule HEK che incorporano una cascata di segnalazioni, che portano alla produzione e la secrezione di insulina o GLP-1.

I test iniziali delle cellule beta artificiali nei topi diabetici hanno rivelato di essere estremamente efficace per le cellule. "Hanno lavorato meglio e più a lungo, -dice Fussenegger - di qualsiasi soluzione ottenuta in qualsiasi parte del mondo finora". Quando sono state impiantate in topi diabetici, le cellule HEK modificate hanno lavorato in modo affidabile per tre settimane, fornendo la produzione di una quantità sufficiente di messaggeri che regolano il livello di zucchero nel sangue.

Nello sviluppo delle cellule artificiali, i ricercatori hanno avuto l'aiuto di un modello di computer creato da ricercatori che lavorano sotto Jörg Stelling, Dipartimento di ETH di Zurigo di Biosystems Science and Engineering (D-BSSE). Il modello permette predizioni sul comportamento delle cellule, che possono essere verificati sperimentalmente. "I dati degli esperimenti e dei valori calcolati , afferma Fussenegger- utilizzando i modelli erano quasi identici".

Costoro hanno lavorato su soluzioni basate sulle biotecnologie, per la terapia del diabete per lungo tempo. Poi hanno svelato di aver prodotto, le cellule beta coltivate da cellule staminali dal tessuto adiposo di una persona. Questa tecnica è costosa, tuttavia, poiché le cellule beta devono essere prodotti individualmente per ogni paziente. La nuova soluzione sarebbe più conveniente, in quanto il sistema è adatto per tutti i diabetici.

Resta incerto, però, quando queste cellule beta artificiali raggiungeranno il mercato. In primo luogo devono essere sottoposte a varie prove cliniche prima di essere utilizzate negli esseri umani. Prove di questo tipo sono costose e spesso ultimi anni. "Se le nostre cellule supereranno tutti gli ostacoli, potrebbero raggiungere, secondo le stime del professore ETH- il mercato in 10 anni".

Il diabete sta diventando il moderno flagello dell'umanità.L'International Diabetes Federation stima che più di 640 milioni di persone nel mondo soffriranno di diabete entro il 2040. Mezzo milione di persone sono colpite in Svizzera oggi, con 40.000 dei quali affetti da diabete di tipo 1, la forma in cui il sistema immunitario del corpo distrugge completamente la cellule beta, produttrici di insulina.