Antioxidansgel erhält die Funktion der Inselzellen nach Entfernung der Bauchspeicheldrüse

Forscher der Northwestern University haben ein neues antioxidatives Biomaterial entwickelt, das Menschen mit chronischer Pankreatitis künftig das Leben deutlich erleichtern könnte.

Wichtigste Ergebnisse der Studie

Der Artikel „Phasenwechselndes Citrat-Makromolekül bekämpft oxidative Pankreasinselschäden, ermöglicht Inseltransplantation und -funktion im Omentum“ wurde am 7. Juni in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Bevor Chirurgen bei Patienten mit schwerer, schmerzhafter chronischer Pankreatitis die Bauchspeicheldrüse entfernen, entfernen sie zunächst Ansammlungen insulinproduzierenden Gewebes, die sogenannten Langerhansschen Inseln, und transplantieren sie in das Gefäßsystem der Leber. Ziel der Transplantation ist es, die Fähigkeit des Patienten zu erhalten, seinen Blutzuckerspiegel ohne Insulininjektionen zu kontrollieren.

Leider werden bei diesem Verfahren 50–80 % der Inselzellen zerstört, und ein Drittel der Patienten erkrankt nach der Operation an Diabetes. Drei Jahre nach der Operation benötigen 70 % der Patienten Insulinspritzen, was mit einer Reihe von Nebenwirkungen wie Gewichtszunahme, Hypoglykämie und Müdigkeit einhergeht.

Ein neuer Ansatz für die Transplantation

In der neuen Studie transplantierten Wissenschaftler Langerhanssche Inseln in das Omentum, ein großes, flaches Fettgewebe, das den Darm auskleidet, statt in die Leber. Um ein günstigeres Mikromilieu für die Inseln zu schaffen, verwendeten die Forscher ein antioxidatives und entzündungshemmendes Biomaterial, das sich bei Körpertemperatur schnell von einer Flüssigkeit in ein Gel verwandelt.

Ergebnisse aus Tierversuchen

In Experimenten an Mäusen und Primaten verhinderte das Gel erfolgreich oxidativen Stress und Entzündungsreaktionen und verbesserte so das Überleben und die Funktionalität transplantierter Inselzellen deutlich. Dies ist das erste Mal, dass ein synthetisches Antioxidans-Gel verwendet wurde, um die Funktionalität transplantierter Inselzellen zu erhalten.

„Obwohl sich die Inselzelltransplantation in den letzten Jahren verbessert hat, sind die Langzeitergebnisse weiterhin unbefriedigend“, sagte Guillermo A. Ameer, der Leiter der Studie. „Unser neues synthetisches Material schafft ein unterstützendes Mikroumfeld für die Inselzellfunktion. In Tierversuchen war es hochwirksam und stellte den normalen Blutzuckerspiegel wieder her.“

Vorteile des neuen Biomaterials

„Mit diesem neuen Ansatz hoffen wir, dass Patienten nicht mehr gezwungen sind, zwischen den Schmerzen einer chronischen Pankreatitis und den Komplikationen von Diabetes zu wählen“, fügte Jacqueline Burke, Erstautorin der Studie, hinzu.

Rolle und Perspektiven

Für Patienten ohne Bauchspeicheldrüse können Nebenwirkungen wie die Kontrolle des Blutzuckerspiegels eine lebenslange Herausforderung darstellen. Die Langerhans-Inseln helfen dem Körper, den Blutzuckerspiegel unter Kontrolle zu halten. Ohne funktionierende Inseln müssen Betroffene ihren Blutzuckerspiegel häufig kontrollieren und Insulin spritzen.

„Ein Leben ohne funktionierende Inselzellen stellt für die Patienten eine enorme Belastung dar“, sagte Burke. „Sie müssen lernen, Kohlenhydrate zu zählen, Insulin zum richtigen Zeitpunkt zu dosieren und ihren Blutzuckerspiegel ständig zu überwachen. Das kostet viel Zeit und mentale Energie.“

Probleme mit der aktuellen Methode

Leider führt die derzeitige Standardbehandlung von Inselzellen oft zu schlechten Ergebnissen. Nach der Operation zur Entfernung der Bauchspeicheldrüse isolieren Chirurgen die Inseln und transplantieren sie über eine Pfortaderinfusion in die Leber. Dieser Eingriff ist mit zahlreichen Komplikationen verbunden. Inseln, die direkt mit dem Blutkreislauf in Kontakt kommen, entwickeln eine Entzündungsreaktion, mehr als die Hälfte der Inseln stirbt ab, und transplantierte Inseln können gefährliche Blutgerinnsel in der Leber verursachen. Aus diesen Gründen suchen Ärzte und Forscher nach alternativen Transplantationsstellen.

Ein neuer Ansatz mit Citratlösung

Um die Inselzellen zu schützen und die Ergebnisse zu verbessern, griff Ameer auf eine in seinem Labor entwickelte Citrat-Biomaterialplattform mit antioxidativen Eigenschaften zurück. In Zellkulturen blieben sowohl Maus- als auch menschliche Inselzellen, die in Citrat-Gel gelagert wurden, deutlich länger lebensfähig als solche in anderen Lösungen. Unter Einwirkung von Glukose schütteten die Inselzellen Insulin aus und zeigten damit eine normale Funktionalität.

Integration in Gewebe

Nach drei Monaten hatte der Körper 80 bis 90 Prozent des biokompatiblen Gels resorbiert, sodass es nicht mehr benötigt wurde. „Bemerkenswert war, dass die Inselzellen Blutgefäße regenerierten“, sagte Ameer. „Der Körper bildete ein Netzwerk neuer Blutgefäße, um die Inselzellen mit dem Körper zu verbinden. Dies ist ein wichtiger Durchbruch, denn Blutgefäße erhalten die Inselzellen am Leben und gesund.“

Ameer plant, das Hydrogel als nächstes über einen längeren Zeitraum an Tiermodellen zu testen. Er wies außerdem darauf hin, dass das neue Hydrogel für verschiedene Zellersatztherapien eingesetzt werden könnte, darunter auch für die Stammzelltherapie bei Diabetes.