Un pancreas in capsula
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Un pancreas in capsula
La ricerca sulle staminali sta testando un nuovo metodo per curare il diabete: una capsula contenente cellule che secernono insulina
Brian Alexander In partnership con MIT Technology Review
Quattordici anni fa, nel periodo più buio delle “guerre sulle cellule staminali” che vedevano gli scienziati americani contro la Casa Bianca di George W. Bush, un solo gruppo di sostenitori premeva per la sperimentazione su cellule ricavate da embrioni umani: i genitori di bambini colpiti dal diabete di tipo 1.
Motivati dagli scienziati che avevano detto loro che queste cellule avrebbero portato a stupefacenti cure, queste persone hanno speso milioni di dollari in pubblicità televisive, incontri e una quantità innumerevole di telefonate al Congresso.Ora, finalmente, ha avuto inizio il primo test di un trattamento per il diabete di tipo 1 che fa uso di cellule staminali. In ottobre, due piccole sacche di cellule del pancreas, cresciute in laboratorio partendo dalle cellule staminali di un embrione umano, sono state introdotte con una incisione nella schiena di un uomo.
Da allora altri due pazienti hanno ricevuto questo pancreas-provvisorio, sviluppato da una piccola società di San Diego chiamata ViaCyte.
Si tratta di un passo importante, perché lo studio di ViaCyte è solamente il terzo ad essere stato condotto negli Stati Uniti su un trattamento a base di cellule staminali embrionali. Queste cellule, una volta rimosse dagli embrioni umani allo stadio iniziale, possono essere cresciute in piastrine di laboratorio conservando l’abilità di differenziarsi in una qualunque tipologia di cellula o tessuto nel corpo.
Un altro studio, che da allora è stato cancellato, ha trattato diversi pazienti con lesioni al midollo spinale (vedi “Geron Shuts Down Pioneering Stem-Cell Program" e "Cellule staminali: una incerta scommessa"), mentre proseguono alcuni test per trapiantare cellule retiniche cresciute in laboratorio negli occhi di persone cieche (vedi “Le cellule staminali sembrano essere sicure nella cura delle malattie dell'occhio").
Nei diabetici di tipo 1, il pancreas non rimuove gli eccessi di glucosio perché il sistema immunitario dei malati ha aggredito e distrutto le isole pancreatiche
I malati di diabete di tipo 1 devono continuamente monitorare il glucosio nel sangue con piccoli prelievi dalle dita, controllare attentamente quando e cosa mangiare, ed autosomministrarsi regolarmente l’insulina che non viene prodotta dal pancreas. L’insulina, un ormone, scatena la rimozione degli eccessi di glucosio dal sangue e il loro trasferimento nel grasso e nei muscoli. Nei diabetici di tipo 1, il pancreas non riesce a questa funzione perché il loro stesso sistema immunitario ha aggredito e distrutto le isole pancreatiche, i minuscoli grappoli di cellule contenenti le cellule beta che secernono l’insulina.
La routine è particolarmente faticosa per i bambini, che in caso di errata gestione del livello di glucosio possono subire danni ai nervi e ai reni, diventare ciechi e ridurre le proprie aspettative di vita. Eppure, ci dice Robert Henry, un medico della University of California (San Diego), il cui centro sta conducendo gli interventi per la ViaCyte, nonostante gli anni di ricerca, continua a non esserci alcun trattamento da offrire ai pazienti.
Henry esagera di poco con questa affermazione. Esiste un intervento conosciuto come Protocollo di Edmonton, una tecnica chirurgica descritta per la prima volta nel 2000 all’interno del New England Journal of Medicine. Questa tecnica usa isole pancreatiche prelevate da cadaveri; trapiantandole, un medico dell’Università di Alberta era riuscito a evitare per un intero anno che tutti e sette i suoi primi pazienti necessitassero di iniezioni di insulina.La speranza che questo protocollo potesse rappresentare una cura, però, è presto sfumata. Solamente la metà dei pazienti trattati sarebbe riuscita a fare a meno dell’insulina nel lungo termine, e la procedura, che viene ancora considerata sperimentale negli Stati Uniti, non è coperta da alcuna assicurazione sanitaria.
In più, i pazienti devono essere sottoposti a pesanti farmaci immunosoppressori per il resto della vita e i donatori idonei sono estremamente rari.
I primi risultati del Protocollo di Edmonton sarebbero emersi appena due anni dopo la scoperta delle cellule staminali embrionali, avvenuta nel 1998. Le persone che premevano per il rapido sviluppo di una cura per il diabete avevano quindi fissato un nuovo traguardo: abbinare qualcosa come il Protocollo di Edmonton alla tecnologia delle cellule beta cresciute in laboratorio, la cui disponibilità è teoricamente illimitata.
«Abbiamo dimostrato che un trapianto è in grado di ripristinare le funzioni beta e l’indipendenza da insulina»
«Abbiamo dimostrato che un trapianto è in grado di ripristinare le funzioni beta e l’indipendenza da insulina», spiega Richard Insel, Chief Scientific Officer della Juvenile Diabetes Research Foundation (JDRF), un ente no profit con 300mila membri. «Era pertanto ovvio che se avessimo trovato un’altra fonte di cellule, una ripristinabile, un gran numero di persone ne avrebbero beneficiato».
È per questo motivo che la JDRF si è battuta contro le restrizioni che la Casa Bianca di Bush minacciava di imporre e i suoi membri hanno supportato nel 2004 l’iniziativa che avrebbe portato alla creazione del California Institute for Regenerative Medicine, una società di stato autorizzata a spendere $3 miliardi nella ricerca sulle cellule staminali.
L’istituto californiano ha concesso alla ViaCyte sei finanziamenti per un totale di $39 milioni, più di quanto sia stato concesso a qualunque altra società, e la JDRF ha investito direttamente altri $14 milioni.
Sebbene l’idea di crescere cellule beta sostitutive sia concettualmente semplice, dal punto di vista pratico si è rivelata molto più ardua del previsto. «Quando 12 anni fa sono entrato in ViaCyte, la sostituzione di cellule tramite cellule staminali pareva ovvia. Dicevamo tutti “Certo, questo è il frutto più maturo da cogliere”», racconta Kevin D’Amour, Chief Scientist Officer dell’azienda. «Abbiamo in seguito scoperto che il frutto che credevamo di aver colto era una noce di cocco, non una mela».
Una delle sfide più importanti è stata la conversione di cellule staminali in vere cellule funzionanti del pancreas, specialmente nel caso delle cellule beta che producono l’insulina.
Poiché una ricetta per ottenere un simile risultato si era rivelata elusiva, l’approccio della ViaCyte è stato quello di crescere cellule immature del pancreas, facendo affidamento sul corpo umano per ultimare il processo di trasformazione in vere cellule beta.
Il secondo problema è come evadere il sistema immunitario di un paziente, che attacca qualunque cellula trapiantata. La soluzione escogitata dalla ViaCyte consiste in una capsula in maglia di plastica che viene riempita con all’incirca 40 milioni di cellule immature del pancreas, cresciute presso il suo laboratorio di San Diego. Lo scopo della capsula è bloccare le cellule T del sistema immunitario, che sono troppo grandi per passare attraverso la sottile maglia, e permettere alle cellule trapiantate di ricevere il nutrimento dal flusso sanguigno, oltre a rilevare lo zucchero nel sangue e reagire di conseguenza.
Le informazioni riguardo test condotti su animali, fornite l’anno scorso dalla ViaCyte alla Food and Drug Administration degli Stati Uniti per ottenere l’autorizzazione a condurre trial su pazienti umani, dimostrano che le cellule producono insulina, glucagone (secreto in risposta a una carenza di zucchero nel sangue), e somatostatina, un ormone della crescita, e regolano efficacemente il livello di zucchero nel sangue, almeno nei topi.
Nonostante l’attuale test su pazienti umani sia pensato principalmente per verificare la sicurezza del trattamento, Henry sospetta che i suoi pazienti possano comunque manifestare un calo della loro necessità di ricorrere a iniezioni di insulina. Prendendo ad esempio il primo paziente, la cui identità resta nascosta, Henry sostiene di aver già recuperato una delle sacche prova che, a detta sua, avrebbe funzionato regolarmente fino ad allora. Nessuno è certo di quanto tempo sopravvivranno le cellule impiantate, ma è certo che i pazienti necessiterebbero di una periodica sostituzione di questi impianti.
Almeno altri due gruppi sostengono di essere riusciti a controllare il diabete nei roditori e che potrebbero presto dare inizio a dei test su pazienti umani. Un gruppo è il BetaLogics Venture, un sussidiario del gigante farmaceutico Johnson & Johnson, che l’anno scorso ha dichiarato di aver invertito il diabete nei topi utilizzando quello che i brevetti descrivono come uno scaffold filato protetto da un guscio di poliestere. Qualunque cosa sia, questo dispositivo viene riempito con quelle che la scienziata Alireza Rezania, della Johnson & Johnson, descrive come cellule “stage 7” – cellule non completamente mature, ma nemmeno immature quanto i precursori sviluppati dalla ViaCyte.
Douglas Melton, un biologo dell’Università di Harvard che ha due figli affetti da diabete di tipo 1, teme che il sistema sviluppato dalla ViaCyte possa fallire. Secondo lui, depositi di tessuti fibrotici simili a cicatrici potrebbero formarsi attorno alle capsule, impedendo la corretta alimentazione delle cellule al loro interno con l’ossigeno e bloccando la loro abilità di rilevare lo zucchero e rilasciare insulina. Melton ritiene inoltre che le cellule immature potrebbero richiedere fino a tre mesi per diventare pienamente operative. Molte di queste, peraltro, non diventerebbero cellule beta ma finirebbero col maturare in altre tipologie di cellule del pancreas.
Il gruppo di Melton ha annunciato di essere riuscito a crescere cellule beta interamente mature e funzionali in laboratorio, un risultato senza precedenti
Secondo Melton, «l’inefficienza del sistema significa che la società necessiterebbe di un dispositivo delle dimensioni di un lettore DVD per riuscire a fornire abbastanza cellule beta da trattare efficacemente il diabete». ViaCyte ritiene che 300 milioni delle sue cellule, pari a circa otto delle sue capsule, potrebbero bastare (ciascuna capsula contiene un volume di cellule più piccolo di una caramella M&Ms). Lo scorso ottobre, il gruppo di Melton ha annunciato di essere riuscito a crescere cellule beta interamente mature e funzionali in laboratorio, un risultato senza precedenti che avrebbe richiesto più di 10 anni di ricerca. Melton ritiene che l’impianto di cellule mature permetterebbe ai pancreas bioartificiali di entrare subito in funzione.
Per incapsulare queste cellule, Melton sta lavorando assieme al bioingegnere Daniel Anderson del MIT per sviluppare una capsula dedicata. Anderson non ci ha spiegato esattamente come funziona, ma un brevetto recentemente depositato dal suo laboratorio descrive un contenitore composto da strati di idrogel, alcuni dei quali conterrebbero cellule mentre altri conterrebbero farmaci anti-infiammatori per prevenire il rivestimento delle capsule con tessuti fibrotici. Sia Melton che Anderson sono schivi nel parlare dei loro risultati. «Alcuni primi successi motivano il nostro entusiasmo», commenta Anderson. «Abbiamo motivo di credere che sia possibile utilizzare le cellule di Doug nel nostro dispositivo per curare il diabete negli animali».
Dopo le guerre sulle cellule staminali, e un decennio di ricerca per trasformare le promesse della tecnologia in realtà, Henry si dice convinto che le «cellule in capsula» saranno in qualche modo la risposta al diabete di tipo 1. È consapevole del fatto che la cura di roditori non garantisca gli stessi effetti sulle persone, ma i test clinico che sta conducendo apparterrebbe a un’altra serie di “piccoli passi” verso una vita molto più agiata per milioni di persone. «Sono semplicemente convinto che questo sia il futuro», dice.
Articolo originariamente pubblicato su MIT Technology Review