Les bio-ingénieurs de l’Université Rice conçoivent un implant vascularisé produisant de l’insuline pour le diabète de type 1. L’étudiante diplômée Madison Royse présente une configuration de laboratoire pour tester le flux sanguin à travers des hydrogels imprimés en 3D qui peuvent être transformés en tissu vivant. Crédit : photo de Jeff Fitlow/Rice University
FRDJ finance la création d’implants pour réguler automatiquement la glycémie.
Les bio-ingénieurs de l’Université Rice utilisent l’impression 3D et des biomatériaux intelligents pour créer un implant producteur d’insuline pour les diabétiques de type 1.
Le projet de trois ans est un partenariat entre les laboratoires d’Omid Veiseh et de Jordan Miller qui est soutenu par une subvention de FRDJ, le principal bailleur de fonds mondial de la recherche sur le diabète. Veiseh et Miller utiliseront des cellules bêta productrices d’insuline fabriquées à partir de cellules souches humaines pour créer un implant qui détecte et régule la glycémie en répondant avec la bonne quantité d’insuline à un moment donné.
Veiseh, professeur adjoint de bio-ingénierie, a passé plus d’une décennie à développer des biomatériaux qui protègent les thérapies cellulaires implantées du système immunitaire. Miller, professeur agrégé de bio-ingénierie, a passé plus de 15 ans à rechercher des techniques pour Tissus imprimés en 3D avec système vasculaire, ou des réseaux de vaisseaux sanguins.
“Si nous voulons vraiment récapituler ce que fait normalement le pancréas, nous avons besoin de système vasculaire”, a déclaré Veiseh. « Et c’est le but de cette subvention avec FRDJ. Le pancréas possède naturellement tous ces vaisseaux sanguins, et les cellules sont organisées de manière particulière dans le pancréas. Jordan et moi voulons imprimer dans la même orientation qui existe dans la nature.
Pour imprimer en 3D des hydrogels vascularisés pouvant être transformés en tissu vivant, les bio-ingénieurs de l’Université Rice utilisent (en haut à gauche) un polymère liquide non toxique qui est (en haut au milieu) solidifié une couche à la fois par la lumière bleue. Le colorant alimentaire jaune absorbe la lumière, permettant la création de passages pour la circulation du sang. La chercheuse postdoctorale Kristen Means (en haut à droite) affiche un hydrogel imprimé qui a été fixé (en bas à droite et au milieu) dans un boîtier en plastique pour la démonstration de la circulation sanguine de l’étudiante diplômée Madison Royse (en bas à gauche) à l’aide d’un colorant liquide. Crédit : photos de Jeff Fitlow/Rice University
Diabète de type 1 est une maladie auto-immune qui provoque l’arrêt de la production d’insuline par le pancréas, l’hormone qui contrôle la glycémie. Environ 1,6 million d’Américains vivent avec le diabète de type 1 et plus de 100 cas sont diagnostiqués chaque jour. Le diabète de type 1 peut être géré par des injections d’insuline. Mais équilibrer la consommation d’insuline avec l’alimentation, l’exercice et d’autres activités est difficile. Des études estiment que moins d’un tiers des diabétiques de type 1 aux États-Unis atteignent systématiquement les niveaux de glycémie cibles.
L’objectif de Veiseh et Miller est de montrer que leurs implants peuvent réguler correctement la glycémie des souris diabétiques pendant au moins six mois. Pour ce faire, ils devront donner à leurs cellules bêta modifiées la capacité de répondre aux changements rapides de la glycémie.
“Nous devons implanter des cellules à proximité de la circulation sanguine afin que les cellules bêta puissent détecter et réagir rapidement aux changements de glycémie”, a déclaré Miller.
Idéalement, les cellules productrices d’insuline ne seront pas à plus de 100 microns d’un vaisseau sanguin, a-t-il déclaré.
« Nous utilisons une combinaison de pré-vascularisation grâce à la bio-impression 3D avancée et au remodelage vasculaire médié par l’hôte pour donner à chaque implant plusieurs injections lors de l’intégration de l’hôte », a déclaré Miller.
Les cellules productrices d’insuline seront protégées par une formulation d’hydrogel développée par Veiseh, qui est également un chercheur de l’Institut de recherche et de prévention du cancer du Texas. Le matériau hydrogel, qui a Efficacité prouvée pour encapsuler les traitements cellulaires dans des sphères de la taille d’une bille, a des pores suffisamment petits pour empêcher les cellules à l’intérieur d’être attaquées par le système immunitaire, mais suffisamment grands pour permettre le passage des nutriments et de l’insuline vitale.
“Les vaisseaux sanguins peuvent y pénétrer”, a déclaré Veiseh à propos des compartiments d’hydrogel. « En même temps, nous avons notre revêtement, nos petites molécules qui empêchent le corps de rejeter le gel. Il devrait donc s’harmoniser très bien avec le corps.
Si l’implant est trop lent pour répondre à des niveaux élevés ou bas de sucre dans le sang, le retard peut produire un effet de type montagnes russes, où les niveaux d’insuline augmentent et chutent à plusieurs reprises à des niveaux dangereux.
“Résoudre ce retard est un énorme problème dans ce domaine”, a déclaré Veiseh. « Lorsque vous donnez à la souris – et finalement à un humain – un défi de glucose qui imite un repas, combien de temps faut-il à cette information pour atteindre nos cellules et à quelle vitesse l’insuline sort-elle ? »
En incorporant des vaisseaux sanguins dans leur implant, lui et Miller espèrent permettre à leurs tissus de cellules bêta de se comporter d’une manière qui imite plus étroitement le comportement naturel du pancréas.
