Ett chip med insulinproducerande celler i ögat ska hålla diabetes i schack
Forskare vid KTH och Karolinska Institutet har utvecklat en medicinsk mikroenhet, ett chip, för placering i det mänskliga ögat. Tekniken ger nya möjligheter för cellbaserade medicinska behandlingar, till exempel vid diabetes typ 1 och 2. Studien har publicerats i tidskriften Advanced Materials.
Över 500 000 svenskar har diabetes idag, av dem har 85-90 procent typ 2-varianten. Diabetes är sedan länge världens snabbast växande folksjukdom och 425 miljoner människor är drabbade, enligt Svenska diabetesförbundet.
Det här medför ett växande behov av bra medicinsk behandling för de som drabbats. I ett samarbete mellan Karolinska Institutet och KTH har forskare utvecklat en medicinsk mikroenhet som möjliggör exakt och suturlös (utan stygn) positionering av miniorgan i ögat.
Ett fönster in i kroppen
De Langerhanska öarna, den insulinproducerande delen i bukspottskörteln, är exempel på miniorgan. Tekniken öppnar alltså för en möjlighet till cellbaserad terapi, till exempel av diabetes, med ögat som bas.
– Vi har konstruerat den medicinska enheten så att den kan hålla levande miniorgan i en mikrobur med en ny klaffdörrsteknik, detta för att undvika behovet av ytterligare fixering, säger Wouter van der Wijngaart, professor vid avdelningen mikro- och nanosystem på KTH.
Ögat är ett immunpriviligierat organ – det vill säga i första steget av kroppens respons vid ett implantat så har ögat i stort sett inga immunceller som kan ge ofördelaktiga reaktioner. Ögat är forskarnas enda fönster in i kroppen. De kan i detalj studera vad som händer med implantatet över tid med visuella observationer och mikroskopi.
– Vi har utformat hela enheten som en kil, och därmed kan vi mekaniskt fixera strukturen i vinkeln mellan regnbågshinnan och hornhinnan i den främre ögonkammaren. När vi testade tekniken i möss observerade vi att enheten behöll sin position i den levande organismen i flera månader och att miniorganen snabbt integrerades med värddjurets blodkärl och fungerade normalt, säger Anna Herland, universitetslektor vid avdelningen för bionanoteknologi på KTH, Scilifelab samt forskningscentret AIMES vid KTH och KI.
Per-Olof Berggren, professor i experimentell endokrinologi vid Karolinska Institutet och med mångårig erfarenhet av transplantation av Langerhanska öar till den främre ögonkammaren hos möss, har ansvarat för denna del av forskningsarbetet.
Föremål för kliniska prövningar
– Den aktuella enheten är unik och kommer bland annat att utgöra basen för vårt fortsatta arbete att utveckla ett integrerat mikrosystem för studier av de Langerhanska öarnas funktion och överlevnad i den främre ögonkammaren. Detta är också av stor translationell betydelse då transplantation av Langerhanska öar till främre ögonkammaren hos människa är föremål för kliniska prövningar i patienter med diabetes, säger Per-Olof Berggren.
Varför är då forskningsframsteget viktigt i ett vidare perspektiv? Anna Herland berättar att, förutom diabetes, har olika celltransplantationsbehandlingar påbörjats inom ett flertal sjukdomsområden.
Ett hinder för utvecklingen av cellterapier är dock bristen på metoder som på ett icke-invasivt sätt kan övervaka transplantatens funktion och vägleda vården för att säkerställa långsiktig transplantationsframgång.
– Vår uppfinning är ett första steg mot avancerade medicinska mikroenheter som både kan lokalisera och övervaka funktionen hos celltransplantat. Vi har konstruerat vår enhet för att positionera miniorgan, såsom organoider och Langerhanska öar, utan begränsning av näringstillförseln till cellerna. Vårt arbete visar också den första mekaniska fixeringen av en enhet i ögats främre kammare. Vår design kommer att möjliggöra framtida integrering och användning av mer avancerade enhetsfunktioner som integrerad elektronik eller läkemedelsfrisättning, säger Anna Herland.
Forskningen har finansierats av SSF, Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse, ERC, Familjen Erling Perssons stiftelse och Jochnicks stiftelse, AIMES och Novo Nordisk Foundation. Per-Olof Berggren är delägare i Biocrine AB som också är en del av studien.
Text: Peter Ardell, KTH
Publikation
"3D-Printed Biohybrid Microstructures Enable Transplantation and Vascularization of Microtissues in the Anterior Chamber of the Eye", Hanie Kavand, Montse Visa, Martin Köhler, Wouter van der Wijngaart, Per-Olof Berggren, Anna Herland, Advanced Materials, online 10 oktober 2023, doi: 10.1002/adma.202306686.