Alginatkapsler og diabetes

Bakgrunn og målsetting: Ved å transplantere insulinproduserende øyceller kan blodsukkeret til diabetespasienter kontrolleres uten ekstern tilførsel av insulin. Mikrokapsler kan beskytte det transplanterte vevet ved å være en fysisk barriere mot kroppens immunsystem. Hovedmålet for prosjektet har vært å utvikle biokompatible alginatkapsler for transplantasjon av insulinproduserende celler til diabetespasienter.

 

Metoder og gjennomføring: Metoder har inkludert tillaging og karakterisering av nye materialer, biokompatibilitet, samt transplantasjon i musemodeller. Samarbeide med University of Illinois at Chicago og ”The Chicago Diabetes Project” (www.thechicagodiabetesproject.org) har vært vesentlig for transplantasjonsstudiene.

 

Resultater og implikasjoner: Vi har vist at humane insulinproduserende øyceller i alginatkapsler kan normalisere blodsukkeret til diabetiske mus. Alginatkapslene har evne til å beskytte vevet mot ødeleggelse av immunsystemet, til tross for kryssing av artsbarriere og gir håp om god funksjon ved transplantasjon til menneske. Alginatkapslene stimulerer ikke det humane komplementsystemet, som er en indikator på biokompatibilitet.

 

Vi kan designe kapsler med ulike egenskaper ved å ta hensyn til alginatets sammensetning og kryssbindende ioner. Enzymatisk modifiserte alginater har lovende egenskaper som kapselmateriale ved at de kan danne små og stabile kapsler med høy mekanisk styrke. Ved å kombinere kjemisk modifisering av alginatet med enzymatisk modifikasjon kan bioaktive ligander introduseres uten å ødelegge de fysiske egenskapene til kapslene.

 

Videre planer: Alginatkapslene blir nå testet ut i større dyremodeller på veien mot kliniske transplantasjonsstudier. Vi vil i framtiden også studere om bioaktive alginater kan fremme differensiering av stamceller til insulinproduserende celler som videre kan brukes til transplantasjon.

 

Publikasjoner:

Rokstad AM, Donati I, Borgogna M, Oberholzer J, Strand BL, Espevik T & Skjåk-Bræk G (2006) “Cell-compatible covalently reinforced beads obtained from a chemoenzymatically engineered alginate.” Biomaterials, årg. 27, s. 4726–4737.

 

Morch YA, Donati I, Strand BL & Skjak-Braek G (2007) “Molecular engineering as an approach to design new functional properties of alginate.” Biomacromolecules, årg. 8, nr. 9, s. 2809-2814.

 

Qi M, Mørch YA, Lacík I, Formo K, Marchese E, Wang Y, Wang S, Barbaro B, Danielson KK, Kolláriková G, Chorvát D, Hunkeler D, Skjåk-Bræk G, Oberholzer J & Strand BL “Prolonged Immunosuppression-free Survival of Human Islets in Inhomogeneous Ca2+/Ba2+-alginate Microbeads in Diabetic Immunocompetent Mice.” Cell Transplantation, innsendt 2011.

 

Rokstad AM, Brekke O-L, Steinkjer B, Ryan L, Kolláriková G, Strand BL, Skjåk-Bræk G, Lacík I, Espevik T & Mollnes TE “Alginate microbeads are complement-compatible in contrast to polycation containing microcapsules revealed by a human whole blood model.” Acta Biomaterialia, under trykking 2011.

 

Andre publikasjoner:

Mørch YA, Donati I, Strand BL & Gudmund Skjåk-Bræk G (2006) ”Effect of Ca2+, Ba2+, and Sr2+ on Alginate Microbeads” Biomacromolecules, årg. 7, s. 1471-1480.

 

de Vosa P, Faasa MM, Strand B, Calafiorec R (2006) ”Alginate-based microcapsules for immunoisolation of pancreatic islets.” Biomaterials, årg. 27, nr. 32, s. 5603-5617.

 

Mørch YA, Holtan S, Donati I, Strand BL & Skjåk-Bræk G (2008) “Mechanical Properties of C-5 Epimerized Alginates.” Biomacromolecules, årg. 9, s. 2360–2368

 

Qi M, Strand BL, Mørch YA, Laci´k I, Wang Y, Salehi P, Barbaro B, Gangemi A, Kuechle J, Romagnoli T, Hansen MA, Rodriguez LA, Benedetti E, Hunkeler D, Skjåk-Bræk G & Oberholzer J (2008) “Encapsulation of Human Islets in Novel Inhomogeneous Alginate-Ca2/Ba2 Microbeads: In Vitro and In Vivo Function.” Artificial Cells, Blood Substitutes, and Biotechnology, årg. 36, s. 403-420.

DOI: 10.1080/10731190802369755

 

de Vos P, Bucko M, Gemeiner P, Navratil M, Svitel J, Faas M, Strand BL, Skjåk-Bræk G, Mørch YA, Vikartovska A, Lacik I, Kollarikova G, Orive G, Poncelet D, Pedraz JL & Ansorge-Schumacher MB (2009) “Multiscale requirements for bioencapsulation in medicine and biotechnology.” Biomaterials, årg. 30, s. 2559–2570.

doi:10.1016/j.biomaterials.2009.01.014

 

Donati I, MørchYA, Strand BL, Skjåk-Bræk G & Paoletti S (2009) ”Effect of Elongation of Alternating Sequences on Swelling Behavior and Large Deformation Properties of Natural Alginate Gels.” Journal of Physical Chemistry, årg. 113, s. 12916-12922.

 

Olderøy MØ, Xie M, Strand BL, Flaten EM, Sikorski P & Andreassen J-P (2009) ”Growth and Nucleation of Calcium Carbonate Vaterite Crystals in Presence of Alginate.” Crystal Growth and Design, årg. 9, nr. 12, s. 5176-5183.

DOI: 10.1021/cg9005604

 

Xie M, Olderøy MØ, Andreassen J-P, Selbach SM, Strand BL & Sikorski P (2010) ”Alginate-controlled formation of nanoscale calcium carbonate and hydroxyapatite

mineral phase within hydrogel networks.” Acta Biomaterialia, årg. 6, nr. 9, s. 3665–3675.

doi:10.1016/j.actbio.2010.03.034

 

Olderøy MØ, Xie M, Strand BL, Draget KI, Sikorski P & Andreassen J-P ”Polymorph Switching in the Calcium Carbonate System by Well Defined Alginate Oligomers.” Crystal Growth and Design, under trykking 2011.

 

Qi M,1, Lacik I,2, Kolláriková G, Strand BL, Formo K, Wang Y, Marchese E, Mendoza-EliasJ-E, Kinzer KP, Gatti F, Paushter D, Patel S & Oberholzer J “A recommended laparoscopic procedure for implantation of microcapsules in peritoneal cavity of non-human primates.” Journal of Surgical Research, under trykking 2011.