Un pancreas in una capsula

Quattordici anni fa, durante i momenti più bui delle guerre contro le cellule staminali che contrapponevano scienziati americani alla Casa Bianca di George W. Bush, si poteva contare su un gruppo di sostenitori per sollecitare la ricerca utilizzando cellule di embrioni umani: genitori di bambini con tipo 1 diabete. Motivati ​​da scienziati che hanno detto loro che queste cellule avrebbero portato a cure straordinarie, hanno speso milioni in pubblicità TV, lobbying e innumerevoli telefonate al Congresso.

Ora è finalmente iniziato il primo test di un trattamento del diabete di tipo 1 con cellule staminali. A ottobre, un uomo di San Diego ha avuto due sacche di cellule del pancreas coltivate in laboratorio, derivate da cellule staminali embrionali umane, inserite nel suo corpo attraverso incisioni nella schiena. Da allora altri due pazienti hanno ricevuto il pancreas sostitutivo, progettato da una piccola azienda di San Diego chiamata ViaCyte.

È un passo significativo, anche perché lo studio ViaCyte è solo il terzo negli Stati Uniti di qualsiasi trattamento basato sulle cellule staminali embrionali. Queste cellule, una volta rimosse dagli embrioni umani in fase iniziale, possono essere coltivate in una piastra di laboratorio e mantengono la capacità di differenziarsi in qualsiasi cellula e tipo di tessuto del corpo. Un altro studio, da allora cancellato, ha trattato diversi pazienti con lesione del midollo spinale (vedi Geron chiude il programma pionieristico sulle cellule staminali e il gioco sulle cellule staminali), mentre sono in corso i test per trapiantare cellule della retina cresciute in laboratorio negli occhi di persone che diventano cieche (vedi Le cellule staminali sembrano sicure nel trattamento delle malattie degli occhi).

Il diabete di tipo 1 è particolarmente difficile per i bambini. Se non gestiscono correttamente il loro glucosio, potrebbero subire danni ai nervi e ai reni, cecità e una durata della vita ridotta.

I pazienti di tipo 1 devono monitorare costantemente la loro glicemia usando le punture delle dita, valutare attentamente quando e cosa mangiano e iniettarsi regolarmente l'insulina che il pancreas dovrebbe produrre. L'insulina, un ormone, innesca la rimozione del glucosio in eccesso dal sangue per l'accumulo nel grasso e nei muscoli. Nei diabetici di tipo 1, il pancreas non ce la fa perché il loro stesso sistema immunitario ha attaccato e distrutto le isole pancreatiche, i minuscoli gruppi di cellule contenenti le cellule beta che secernono insulina.

La routine è particolarmente difficile per i bambini, ma se non gestiscono correttamente il loro glucosio, potrebbero subire danni ai nervi e ai reni, cecità e una durata della vita ridotta. Eppure, nonostante anni di ricerca, non c'è ancora niente da offrire ai pazienti, afferma Robert Henry, medico dell'Università della California, San Diego, il cui centro sta effettuando gli interventi chirurgici per ViaCyte.

Henry sopravvaluta leggermente il caso, ma non di molto. C'è qualcosa chiamato il protocollo di Edmonton, una tecnica chirurgica descritta per la prima volta nel Giornale di medicina del New England nel 2000. Ha utilizzato isolotti raccolti da cadaveri; trapiantandoli, i medici dell'Università dell'Alberta sono riusciti a mantenere tutti e sette i loro primi pazienti senza insulina per un anno intero.

Tuttavia, le prime speranze per il Protocollo di Edmonton furono rapidamente stemperate. Solo circa la metà dei pazienti trattati è rimasta senza insulina a lungo termine e la procedura, che è ancora considerata sperimentale negli Stati Uniti, non è pagata dall'assicurazione. Richiede ai riceventi di assumere potenti farmaci immunosoppressori per tutta la vita. Pancreas donatori idonei scarseggiano.

Il primo successo del protocollo di Edmonton è arrivato solo due anni dopo la scoperta delle cellule staminali embrionali, nel 1998. Coloro che premono per una cura del diabete hanno rapidamente fissato un nuovo obiettivo: accoppiare qualcosa come il protocollo di Edmonton con la tecnologia delle cellule beta coltivate in laboratorio, le cui forniture sono teoricamente infinite.

Questa capsula biocompatibile è progettata per proteggere le cellule del pancreas prodotte.

Avevamo la prova del concetto che il trapianto ripristina la funzione beta e l'indipendenza dall'insulina, afferma Richard Insel, direttore scientifico della Juvenile Diabetes Research Foundation (JDRF), un'organizzazione no profit con 300.000 membri. Quindi era ovvio che se avessimo un'altra fonte cellulare che fosse reintegrabile, un gran numero [di persone] ne avrebbe beneficiato.

Ecco perché la JDRF ha combattuto le restrizioni minacciate dalla Casa Bianca di Bush e perché i suoi membri erano dietro un'iniziativa elettorale del 2004 in California che ha creato il California Institute for Regenerative Medicine, un'agenzia statale autorizzata a spendere 3 miliardi di dollari per la ricerca sulle cellule staminali. L'istituto della California ha concesso a ViaCyte sei sovvenzioni per un valore di 39 milioni di dollari, più di qualsiasi altra azienda, e JDRF ha investito direttamente altri 14 milioni di dollari.

Sebbene l'idea di far crescere cellule beta sostitutive sia concettualmente semplice, in pratica si è rivelata più difficile da eseguire di quanto chiunque immaginasse. Quando sono arrivato a ViaCyte per la prima volta 12 anni fa, la sostituzione cellulare attraverso le cellule staminali era così ovvia. Ci siamo tutti detti: 'Oh, questo è il frutto più basso', afferma Kevin D'Amour, il direttore scientifico dell'azienda. Ma si è rivelato essere una noce di cocco, non una mela.

Una sfida è stata trasformare le cellule staminali in cellule del pancreas vere e funzionanti, in particolare le cellule beta che secernono insulina. Poiché una ricetta per farlo si è rivelata sfuggente, l'approccio di ViaCyte è quello di far crescere cellule del pancreas immature, contando sul corpo per fare il lavoro di trasformarle in vere cellule beta.

Il secondo problema è come eludere il sistema immunitario di un paziente, che attaccherà qualsiasi cellula trapiantata. La soluzione di ViaCyte è una capsula a rete di plastica, che riempie con circa 40 milioni di cellule del pancreas immature che cresce nel suo laboratorio di San Diego. Lo scopo della capsula è quello di schermare i linfociti T killer del sistema immunitario, che sono troppo grandi per passare attraverso la maglia fine, consentendo al contempo alle cellule trapiantate di ricevere nutrimento dal flusso sanguigno, nonché di percepire la glicemia e rispondere.

Alcuni scienziati sono convinti che le cellule nelle borse saranno la risposta al diabete di tipo 1.

I dati sugli animali che ViaCyte ha fornito alla Food and Drug Administration degli Stati Uniti l'anno scorso per ricevere l'approvazione per la sperimentazione umana hanno mostrato che le cellule producevano insulina, glucagone (secreto in risposta all'ipoglicemia) e somatostatina, un ormone della crescita, e con successo glicemia regolata, almeno nei topi.

Sebbene l'attuale sperimentazione umana abbia lo scopo principalmente di testare la sicurezza, Henry sospetta che i suoi pazienti possano vedere una riduzione del loro bisogno di insulina iniettata. Dal primo paziente, la cui identità non è stata rivelata, Henry dice di aver già recuperato un sacco di test, che secondo lui sembrava funzionare correttamente. Nessuno è sicuro per quanto tempo sopravviveranno le cellule impiantate, ma è certo che i pazienti dovrebbero avere periodicamente nuovi impianti installati.

Almeno altri due gruppi affermano di aver controllato anche il diabete nei roditori e potrebbero presto iniziare i propri studi. Uno è BetaLogics Venture, una sussidiaria del colosso farmaceutico Johnson & Johnson, che l'anno scorso ha riferito di aver invertito il diabete nei topi utilizzando ciò che i suoi brevetti descrivono come un'impalcatura a base di filato in un guscio di poliestere. Qualunque sia il dispositivo esatto, è seminato con quelle che la scienziata di Johnson & Johnson Alireza Rezania chiama cellule allo stadio 7: isole non del tutto mature, ma nemmeno immature come i precursori di ViaCyte.

Douglas Melton, un biologo dell'Università di Harvard che ha due bambini con diabete di tipo 1, teme che il sistema ViaCyte possa non funzionare. Pensa che depositi di tessuto fibrotico simile a una cicatrice si anneriranno sulle capsule, affamando le cellule all'interno dell'ossigeno e bloccando la loro capacità di percepire lo zucchero e rilasciare insulina. Melton pensa anche che le cellule immature potrebbero richiedere fino a tre mesi per diventare completamente funzionali. E molti non diventeranno cellule beta, finendo invece come altri tipi di cellule pancreatiche.

Melton afferma che l'inefficienza del sistema significa che l'azienda avrebbe bisogno di un dispositivo delle dimensioni di un lettore DVD per avere abbastanza cellule beta per curare efficacemente il diabete. ViaCyte dice che pensa che 300 milioni delle sue cellule, o circa otto delle sue capsule, sarebbero sufficienti. (Ogni capsula contiene un volume di cellule più piccolo di una caramella M&M.) Lo scorso ottobre, il gruppo di Melton ha annunciato di essere riuscito a far crescere cellule beta funzionali e completamente mature in laboratorio, una novità scientifica che ha richiesto più di 10 anni di prove e ricerca degli errori. Melton pensa che l'impianto di cellule mature consentirebbe a un pancreas bioartificiale di iniziare a funzionare immediatamente.

Per incapsulare le sue cellule, Melton ha lavorato con il bioingegnere Daniel Anderson al MIT per sviluppare la propria capsula. Anderson non vuole dire esattamente come funziona, ma un recente deposito di brevetto del suo laboratorio descrive un contenitore fatto di strati di idrogel, alcuni contenenti cellule e altri farmaci antinfiammatori per evitare che la capsula si ricopra di tessuto fibrotico. Sia Melton che Anderson sono cauti nel discutere i loro risultati. Abbiamo alcuni successi di cui siamo molto entusiasti, dice Anderson. La conclusione è che abbiamo motivo di credere che sia possibile utilizzare le cellule di Doug nei nostri dispositivi e curare il diabete negli animali.

Dopo la guerra delle cellule staminali, e poi un decennio di tentativi di trasformare le promesse della tecnologia in realtà, Henry dice di sentirsi convinto che le cellule nelle sacche di qualche tipo saranno la risposta al diabete di tipo 1. È consapevole del fatto che curare i roditori non garantisce che la tecnologia aiuterà le persone, ma afferma che la sperimentazione clinica che sta conducendo è un altro di una serie di piccoli passi verso vite molto migliorate per milioni di persone. Sono solo così sicuro che questo sia il futuro, dice.

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