Una nuova arma contro il diabete

Utilizzando un approccio ingegneristico relativamente semplice, i ricercatori guidati dal Fare all'ETH Martin Fussenegger presso il Dipartimento biosistemi e ingegneria di Basilea hanno prodotto cellule beta artificiali. Queste cellule pancreatiche sono in grado di fare tutto ciò che fanno quelle naturali: misurano la concentrazione di glucosio nel sangue e producono una quantità di insulina sufficiente ad abbassare efficacemente i livelli di zucchero nel sangue. I ricercatori del Fare ricerca all'ETH hanno presentato il loro sviluppo nell'ultimo numero della rivista scientifica "Science".

Gli approcci precedenti si basavano su cellule staminali, che gli scienziati facevano maturare in cellule beta, aggiungendo fattori di crescita o incorporando complesse reti genetiche.

Per il loro nuovo approccio, i ricercatori dell'ETH hanno utilizzato una linea cellulare basata su cellule renali umane, note come cellule HEK. I ricercatori hanno utilizzato le proteine naturali di trasporto del glucosio e i canali del potassio presenti nella membrana delle cellule HEK. Hanno aggiunto un canale del calcio dipendente dal voltaggio e i geni per la produzione di insulina e GLP1, un ormone coinvolto nella regolazione dei livelli di glucosio nel sangue.

L'inversione di tensione provoca la produzione di insulina

Nelle cellule beta artificiali, la proteina naturale di trasporto del glucosio delle cellule HEK trasporta il glucosio dal sangue all'interno della cellula. Non appena il livello di glucosio nel sangue supera una certa soglia, i canali del potassio si chiudono. Di conseguenza, la distribuzione del voltaggio sulla membrana si inverte, i canali del calcio si aprono e il calcio in entrata innesca una cascata di segnali incorporati nelle cellule HEK. Alla fine di questa cascata, l'insulina e il GLP1 vengono prodotti e rilasciati.

Gli scienziati hanno inizialmente testato le cellule beta artificiali nei topi. Le cellule si sono rivelate estremamente efficienti: "Hanno funzionato meglio e più a lungo di qualsiasi soluzione precedentemente ottenuta a livello mondiale", sottolinea Fussenegger. Impiantate in topi diabetici, le cellule HEK modificate hanno prodotto in modo affidabile per tre settimane quantità sufficienti di sostanze messaggere che regolano i livelli di zucchero nel sangue.

Modellazione utile

Un modello computerizzato creato dai ricercatori guidati da J?rg Stelling, altro professore del Dipartimento biosistemi e ingegneria dell'ETH di Zurigo, ha aiutato i ricercatori a sviluppare le cellule artificiali. Il modello consente di prevedere il comportamento delle cellule che può essere verificato sperimentalmente. "I dati ottenuti dagli esperimenti e quelli calcolati con i modelli erano quasi identici", afferma Fussenegger.

Con il suo gruppo lavora da tempo a soluzioni biotecnologiche per il trattamento del diabete. Alcuni mesi fa hanno presentato delle cellule beta coltivate a partire dalle cellule staminali del grasso di una persona. Tuttavia, questa tecnica è costosa perché le cellule beta devono essere prodotte individualmente per ogni paziente. La nuova soluzione sarebbe più economica, poiché questo sistema è adatto a tutti i diabetici.

La lunga strada verso la maturità del mercato

Tuttavia, non si sa quando queste cellule beta artificiali arriveranno sul mercato. Devono prima essere sottoposte a vari test clinici prima di poter essere utilizzate nell'uomo. Tali test sono complessi e spesso richiedono diversi anni. "Se le nostre cellule supereranno tutti gli ostacoli, potrebbero essere commercializzate tra 10 anni", stima l'ETH.

Il diabete sta diventando la moderna piaga dell'umanità. Secondo le stime della Federazione Internazionale del Diabete, entro il 2040 Chi siamo avrà il diabete in tutto il mondo. In Svizzera, oggi ne è affetto mezzo milione di persone. Di queste, 40.000 soffrono di diabete di tipo 1, la forma in cui il sistema immunitario dell'organismo distrugge completamente le cellule beta che producono insulina.