3D-gedruckte Inselzellen für eine bessere Behandlung von Diabetes Typ 1

Über 800 Millionen Menschen weltweit leiden laut WHO an Diabetes. Während mit gesunder Ernährung und ausreichend Bewegung der „Wohlstandskrankheit“ Diabetes Typ 2 vorgebeugt werden kann, sind die Ursachen für Typ 1 bisher nicht gänzlich erforscht. Bei diesem Typ handelt es sich um eine Autoimmunerkrankung, die plötzlich ausbrechen kann. Die körpereigenen Inselzellen können dabei nicht mehr genug Insulin produzieren, wodurch der Körper den Blutzuckerspiegel nicht mehr regulieren kann. Um den dramatischen Folgen der ausfallenden Schwankungen entgegenzuwirken, müssen Betroffene sich mehrmals täglich Insulin injizieren und den Blutzuckerspiegel ständig überwachen. Nun könnte ein neuer Ansatz Abhilfe schaffen: 3D-gedruckte Inselzellen aus körpereigenem Gewebe!

Internationale Wissenschaftler forschten an einer Methode, um funktionelle menschliche Inselzellen im 3D-Druckverfahren herzustellen. Die Ergebnisse wurden am vergangenen Wochenende auf dem ESOT Congress in London vorgestellt. Experten vor Ort bezeichneten den Ansatz als „einen Wendepunkt in der Diabetesversorgung“, denn die 3D-gedruckten Inselzellen stellen eine effektive und wenig invasive Alternative zu herkömmlichen Inseltransplantationen dar.

An Diabetes erkrankte Menschen müssen beständig ihren Blutzuckerspiegel überwachen und sich selbst Insulininjektionen verabreichen. (Bild: Pixabay)

3D-Druck von menschlichen Inselzellen

Die 3D-gedruckten Inselzellen bestehen aus einer maßgeschneiderten Biotinte auf Basis von Alginat und dezellularisiertem menschlichen Gewebe aus dem Pankreas. Den Forschern gelang es durch das 3D-Druckverfahren, eine dichte und poröse Struktur zu schaffen. Diese sorgt für einen verbesserten Sauerstoff- und Nährstofffluss, was die Gesundheit der Zellen fördert und sich positiv auf die Gefäßbildung auswirkt – essentielle Voraussetzungen für das korrekte Funktionieren nach einer Transplantation.

„Unser Ziel war es, die natürliche Umgebung der Bauchspeicheldrüse nachzubilden, damit transplantierte Zellen überleben und besser funktionieren“, sagte Hauptautor Dr. Quentin Perrier. „Wir verwendeten eine spezielle Biotinte, die die Stützstruktur der Bauchspeicheldrüse nachahmt und den Inselzellen den Sauerstoff und die Nährstoffe liefert, die sie zum Gedeihen brauchen.“ Der britischen Sunday Express erklärte er weiters: “Wir haben den Druckprozess verlangsamt und den Druck reduziert, um die Zellen nicht zu beschädigen.“ Dabei war höchste Vorsicht geboten, wie Perrier nachsetzte: „Es war wie beim Umgang mit Glas – es musste sanft, präzise und mit den richtigen Materialien geschehen.“

Die Labortests ergaben vielversprechende Resultate. So blieben die 3D-gedruckten Inselzellen bis zu drei Wochen lebendig und funktionsfähig. Die Reaktion auf Glukose fiel besser aus als bei anderen Inselpräparaten und die 3D-gedruckten Zellen konnten mehr Insulin freisetzen. Innerhalb von drei Wochen passten sich die Zellen an und verbesserten sich in ihrer Fähigkeit, den Blutzuckerspiegel zu erfassen und darauf zu reagieren. Sie zeigten dabei eine Zellüberlebensrate von 90 % – ein starkes Potential für den zukünftigen Einsatz im klinischen Kontext!

Menschliche Bauchspeicheldrüseninsel, visualisiert mit doppelter Immunfärbung: Farben: rot = Glucagon-Antikörper, blau = Insulin-Antikörper. (Bild: Afferent)

In der Regel erfolgen Inselzelltransplantationen über die Leber. Dieser Ansatz ist zwar wirksam, allerdings kommt es dabei zu erheblichem Zellverlust. Darüber hinaus sind Patienten auf verfügbare Spender angewiesen und das Verfahren ist durch die hohen Kosten und die Komplexität des Eingriffes eine große Herausforderung. Bei den 3D-gedruckten Inselzellen ist das anders. Die Zellen aus dem Drucker können unter die Haut implantiert werden. Das erfordert dann nur einen kleinen Eingriff und eine örtliche Betäubung. Insgesamt kann das Risiko auf diese Weise verringert werden und für die Betroffenen ergibt sich durch den minimalinvasiven Eingriff auch mehr Sicherheit und Komfort.

Das Ende der Insulinspritze?

Der Dreh- und Angelpunkt für den Erfolg der 3D-gedruckten Inselzellen ist, dass sie sich genauso verhalten wie das biologische Vorbild. Nämlich Insulin freisetzen, wenn der Blutzuckerspiegel steig, und die Zufuhr stoppen, wenn er sinkt. Aus diesem Grund orientierten sich die Forscher auch an den menschlichen Insulinzellen und experimentierten nicht wie in anderen Ansätzen mit Insulinzellen vom Schwein. „Dies ist eine der ersten Studien, bei denen echte menschliche Inselzellen anstelle von tierischen Zellen im Bioprinting verwendet wurden, und die Ergebnisse sind äußerst vielversprechend“, bemerkte Dr. Perrier. „Wir nähern uns der Entwicklung einer gebrauchsfertigen Diabetesbehandlung, die eines Tages Insulinspritzen überflüssig machen könnte.“

Ob die 3D-gedruckten Insulinzellen tatsächlich die täglichen Injektionen ersetzen werden, ist derzeit noch fraglich. Zweifelsohne handelt es sich dabei aber um einen konkreten Schritt in die richtige Richtung. Mehr dazu erfahren Sie HIER.

3D-gedruckte Inselzellen könnten das Ende von Insulinspritzen einleiten. (Bild: Pixabay)

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*Titelbildnachweise: Getty Images