Diabetes: las células beta sintéticas podrían conducir a un tratamiento de parche cutáneo

Un equipo de científicos ha creado células beta pancreáticas sintéticas que liberan insulina automáticamente cuando detectan niveles altos de azúcar en la sangre.
Los investigadores diseñan células beta sintéticas que podrían ayudar a las personas a controlar su diabetes.

En el diario Naturaleza Biología Química, investigadores de la Universidad de Carolina del Norte en Chapel Hill y la Universidad Estatal de Carolina del Norte en Raleigh describen cómo desarrollaron y probaron las células sintéticas.

El autor principal Zhen Gu, profesor de ingeniería biomédica en ambas universidades, y el equipo esperan que algún día las células se puedan utilizar en un parche cutáneo no invasivo para tratar la diabetes.

Descubrieron que solo una inyección de las células beta sintéticas mantenía el nivel de azúcar en sangre en ratones diabéticos a niveles normales durante 5 días.

La diabetes es una enfermedad que se desarrolla cuando el cuerpo tiene problemas para usar o producir insulina, una hormona que ayuda a las células a absorber y convertir el azúcar en la sangre, o glucosa, en energía.

El cuerpo produce insulina en el páncreas, que es un órgano glandular detrás del estómago que aloja las células beta que producen y liberan la cantidad correcta de la hormona, dependiendo de los niveles de glucosa.

Necesidad de una administración de insulina no invasiva

Alrededor de 6 millones de los 30 millones de personas en los Estados Unidos con diabetes manejan la enfermedad usando tratamientos con insulina, ya sea mediante inyecciones regulares o con bombas de infusión.

Con los años, ha habido intentos de desarrollar una forma de píldora de tratamiento con insulina, pero han encontrado problemas, incluido el hecho de que el sistema digestivo fuerte del cuerpo descompone las moléculas grandes en la píldora antes de que lleguen al torrente sanguíneo.

También es posible tratar algunos casos de diabetes con células pancreáticas trasplantadas. Sin embargo, estos tratamientos son costosos, necesitan medicamentos que supriman las reacciones inmunes al trasplante y dependen del tejido donado, que es escaso. También existe un alto riesgo de que las células trasplantadas perecerán de todos modos.

En su trabajo de estudio, los científicos explican que los ingenieros biológicos han realizado varios intentos para "recrear las funciones clave" de las células beta pancreáticas con fines terapéuticos. Ofrecen ejemplos, como nanopartículas envueltas en membranas celulares y microgeles que liberan fármacos lentamente.

Las células sintéticas deben ser más inteligentes

Pero un problema común con los enfoques anteriores para imitar las células beta es su estructura de "un solo compartimento" y su forma "relativamente pasiva" de interactuar con la biología del cuerpo, señalan los autores.

Algunos investigadores han intentado crear estructuras multicompartimentales para imitar a las células beta, por ejemplo, para administrar una mezcla de medicamentos o producir un efecto de cascada.

Pero hasta ahora ninguno ha logrado "imitar las funciones de orden superior" de las células beta naturales cuyos sistemas sofisticados "pueden detectar con precisión el entorno externo, tomar decisiones internas y generar retroalimentación".

El nuevo estudio marca casi una década de trabajo en el que el Prof. Gu y su equipo han estado luchando con este problema. El resultado es una célula beta sintética que imita muy de cerca los procesos clave de las células beta pancreáticas naturales.

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La célula beta sintética tiene una pared celular simple de doble membrana hecha de lípidos, dentro de los cuales hay vesículas o sacos pequeños, llenos de insulina. Además de la estructura de "vesícula en vesícula" hay un "sistema de metabolismo de glucosa y maquinaria de fusión de membrana".

Ratones 'permanecieron normoglucémicos' durante 5 días

Cuando el sistema del metabolismo de la glucosa detecta un aumento en los niveles de glucosa, desencadena cambios en el revestimiento de las vesículas, de modo que comienzan a fusionarse con la membrana externa de la célula y liberan la insulina dentro de ellas.

"Hasta donde sabemos", señalan los autores, "este sistema sintético es el primero de su tipo que puede detectar los niveles de glucosa y secreta fácilmente insulina a través del comportamiento mediado por fusión de vesículas".

Hasta ahora, los investigadores han probado las células beta sintéticas en el laboratorio y en ratones diabéticos que carecen de células beta.

"Los ratones pasaron de hiperglucémicos a normoglucémicos en una hora", explica el profesor Gu, "y se mantuvieron normoglucémicos durante hasta 5 días después de eso".

En contraste, inyectar ratones diabéticos con células beta sintéticas que no portaban insulina no redujo sus niveles altos de azúcar en la sangre.

El equipo ahora planea llevar a cabo más pruebas con el objetivo de desarrollar un tratamiento indoloro que proporcione células beta sintéticas usando un parche para la piel.

El grupo del Prof. Gu ya está desarrollando un "parche de insulina inteligente" que no usa células, pero detecta los niveles de azúcar en la sangre y envía insulina automáticamente al torrente sanguíneo.

Señalan que todavía hay mucho trabajo por hacer antes de que las células sintéticas puedan ser probadas en humanos.

"Nuestro plan ahora es optimizar aún más y probar estas células sintéticas en animales más grandes, desarrollar un sistema de administración de parches para la piel para ellos y finalmente probarlos en personas con diabetes".

Prof. Zhen Gu