Tissue Engineering Approaches to Cell-Based Type 1 Diabetes Therapy

Abstract

Type 1 diabetes mellitus is an autoimmune disease resulting from the destruction of insulin-producing pancreatic b-cells. Cell-based therapies, involving the transplantation of functional b-cells into diabetic patients, have been explored as a potential long-term treatment for this condition; however, success is limited. A tissue engineering approach of culturing insulin-producing cells with extracellular matrix (ECM) molecules in threedimensional (3D) constructs has the potential to enhance the efficacy of cell-based therapies for diabetes. When cultured in 3D environments, insulin-producing cells are often more viable and secrete more insulin than those in two dimensions. The addition of ECM molecules to the culture environments, depending on the specific type of molecule, can further enhance the viability and insulin secretion. This review addresses the different cell sources that can be utilized as b-cell replacements, the essential ECM molecules for the survival of these cells, and the 3D culture techniques that have been used to benefit cell function.

Prospects of Application of Tissue-Engineered Pancreatic Constructs in the Treatment of Type 1 Diabetes

“…Идея применения тканевой инженерии при клеточной терапии диабета 1-го типа состоит в имплантации островков, а точнее β-клеток, на биосовместимом матриксе-носителе, который с введенными в его состав биомолекулами обеспечивает возможность создания трехмерной структуры и подходящую вне-клеточную среду (микроокружение) для обеспече-ния выживания и функционирования клеток in vitro и in vivo [11].…”

“…В результате in vitro удалось из ЭСК полу-чить 25% ИПК от конечной популяции, но реакция ИПК in vitro на нагрузку глюкозой отсутствовала [25]. Кроме того, использование частично диффе-ренцированных ЭСК остается ограниченным из-за их способности образовывать цисты и тератомы после трансплантации в эксперименте лаборатор-ным животным [11].…”

“…В одном из последних обзоров [11] приведены основные типы ТИК ПЖ, исследование функцио-нальных свойств которых in vitro и in vivo дало наи-более значимые результаты (табл. ).…”

“…Путем поддержания клеток в физиологически более подходящих структурах и сохранения клеточ-но-клеточных и клеточно-матриксных контактов Таблица Краткое описание основных типов тканеинженерных конструкций [11] Summary of types of tissue-engineering constructs [ Островки, культивированные в пористых каркасах, имеют более высокую жизнеспособность и инсулинпродуцирующую активность по сравнению с 2D-культурами [53][54][55]. Включение в каркас молекул ВКМ усиливает секрецию инсулина [53].…”

“…В конечном счете β-клетки, полученные из стволо-вых клеток, смогут не только стать дополнитель-ным источником трансплантационного материала, но и в перспективе в значительной мере удовлетво-рить потребности клиники. Очевидный прогресс в разработке биосовместимых материалов и техноло-гий получения 3D-систем заданной конфигурации и структуры [3] позволит создать матриксы, кото-рые смогут обеспечить для донорских островков микроокружение, сходное с таковым в нативной ПЖ [11]. Ряд исследований, как in vitro, так и in vivo, показали, что островки, β-клетки и их пред-шественники, культивированные в 3D-скаффолде и в присутствии компонентов ВКМ, проявляют улуч-шенную жизнеспособность и повышенную секре-цию инсулина.…”