1 Alginatkapsler i behandling av diabetes - statusrapport og videre perspektiver Berit Løkensgard Strand*^, Gudmund Skjåk-Bræk* *Institutt for bioteknologi/ ^Institutt for kreftforskning og molekylærmedisin
2 Øyvevstransplantasjon Naftanel MA, Harlan DM, PLoS Medicine 2004
3 Øyvevstransplantasjon The Collaborative Islet Transplant Registry (CITR): 677 øyvevstransplantasjoner (øyvev alene eller øyvev og nyre samtidig) til pasienter med type 1 diabetes (1999 2010): Insulin uavhengighet 3 år etter transplantasjon: 27% i tidsrommet 1999-2002, n = 214 37% i tidsrommet 2003-2006, n = 255 44% i tidsrommet 2007-2010, n = 208 Bedring i primær effekt av transplantasjon og pasient sikkerhet i mottakere som ble transplantert i tidsrommet 2007 2010 sammenliknet med de som ble transplantert i 1999 2006, med færre øyvevsinfusjoner og alvorlige episoder per mottaker. Barton F. B. et al. Diabetes Care 2012
4 Øyvevstransplantasjon Utfordringer: - Tilgang på celler - Bieffekter ved immunsuppresjon: - Toleranse av medisinering - Økt risiko for infeksjoner og kreft - Skade på transplantert øyvev
5 Immunoisolering ved mikrokapsler Immunoisolering - prinsipp: En fysisk barriere (mikrokapsel) beskytter transplanterte celler mot angrep fra vertens immunsystem. Semipermeable kapsler tillater oksygen og næringstoffer å diffundere inn i kapselen og produkter (insulin) ut Celler kan transplanteres uten immunsupresjon Næringstoffer og oksygen Celle produkter Insulin Øyvev Kapsel Immun celler Avstøtning + autoimmun sykdom
6 Alginat Struktur polysakkarid i tare (og i noen bakterier) Fra fornybar og miljøvennlig kilde Ikke risiko for forurensning fra dyr Ikke-toksisk og ikke-immunogen biopolymer Brukes i mat og farmasøytiske produkter
7 Innkapsling av celler i alginat Innkapsling i alginat kan skje under fysiologiske betingelser hvilket opprettholder celle viabilitet og funksjon Cells Alginate CaCl 2 (or BaCl 2 ) (Smidsrød and Skjåk-Bræk 1990, Strand et al. 2002)
8 Ca/Ba alginatkuler optimalisert for høy mekanisk styrke og stabilitet Alginat: Høyt innhold av guluronsyre Høy MW, 1.8% (w/v) Gelings betingelser: 50 mm CaCl 2, 1 mm BaCl 2 i 0.3M mannitol Polymer distribution given as Intensity profile: 250 200 150 100 50 0 0 100 200 300 400 500 600 Distance (µm) Størrelse: 4-600 µm (+/- 5-10%) MWCO > 150 KD Strand et al. Biotechn and Bioeng. 2003; Mørch et al. Biomacromol. 2006
9 Øyvevsfunksjon etter innkapsling Humant øyvev i alginatkapsler normaliserer blodsukkeret til diabetiske mus uten immunsystem: non-fasting blood glucose (mg/dl) 600 500 400 300 200 100 0 n S ò Á Islets in alginate capsules t n o S Á o o n ò o o n n Á ò S o t n n o t t t n n n n n n n n t n n n n n n n n n n n n t t t t t t t t t t t n n t t t t t t t t t t Á Á Á o t t t t t t o o n n n n n o o o o o o o o o o t o o o o o o o Á S ò ò Á o o o Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á Á o Á Á Á Á Á Á S ò ò S S S S S S S S S S S S Á o o o S S S S S S S S S S S S S S ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò ò S S S 0 5 16 27 35 52 69 95 109 130 173 208 days (post transplantation) (Qi, Strand et al. 2008)
10 Kapslene beskytter øyvevet mot destruksjon av immunsystemet Humant øyvev i alginatkapsler normaliserer blodsukkeret til diabetiske mus med intakt immunsystem: non-fasting blood glucose (mg/dl) 600 Islets in alginate capsules p 500 p q p n p 400 t p p p p 300 p p p p p q n p p p p p p t 200 t p n q q n q n n n n p p p p p q n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n n p 100 q n n t q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q p q q q p p p p p p t p t t t t t t t t t t p t t t t t t t t t t t t t t t t t p t p t t t t t t 0 0 5 12 15 22 28 35 44 54 64 83 105130156183 days (posttransplantation) Islets without capsules (Qi, Strand et al., Xenotransplantationtion 2012)
11 Immunreaksjoner mot kapselen? Komplement aktivering: Løselig TCC (C5b-9) etter 360 minutters eksponering for humant blod Base line value (T0): 0.55±0.16 N=5 AU/ml 400 300 200 100 30 20 10 0 Saline Ca/Ba Beads 360 minutes Ba Beads APA AP Zymosan Rokstad et al, Acta Biomaterialia 2011
12 Cytokiner i humant blod N=5 Rokstad et al., Biomaterials, 2012
13 Kliniske forsøk med innkapslet øyvev: USA, Wadsworth Medical Center (1994): Humant øyvev i alginatbaserte kapsler. NTNU bidrag med kapselteknologi. Canada/USA, Amcyte/Toronto general hospital (2005): Humant øyvev i alginatbaserte kapsler. Italia, University of Perugia (2008): Humant øyvev i alginatbaserte kapsler. Australia, New South Wales Sydney (2009): Humant øyvev i alginatbaserte kapsler. New Zealand, Living Cell Technologies (pågår): Grise øyvev i alginatbaserte mikrokapsler. Belgia, Université catholique de Louvain (pågår): Alginatbaserte makrokapsler Belgia, Free University of Brussels (pågår): Alginatkuler. NTNU bidrag med kapselteknologi (ClinicalTrials.gov (NCT01379729)) Konklusjon (allograft studier): Helsemessig forsvarlig i mennesker Funksjonalitet er ikke vist fullt ut
14 Takk til: NTNU: Nobipol/St.Olavs Hospital Kapselgruppa: (www.ntnu.edu/nt/research/bioencapsulation_group) Gudmund Skjåk-Bræk, professor, IBT Terje Espevik, professor, IKM Bård Kulseng, MD, PhD, St. Olavs/IKM Anne Mari Rokstad, PhD, IKM Kjetil Formo, PhD student, IBT Liv Ryan, Bioingeniør, IKM Bjørg Steinkjer, Bioingeniør, IKM Wenche Strand, Bioingeniør, IBT Master studenter Samarbeidspartnere, kapselprosjektet: The Chicago Diabetes Project (www.chicagodiabetesproject.org) Beta Cell Therapy (www.betacelltherapy.org)
15 Takk for økonomisk støtte!