A maioria dos pacientes com diabetes precisa monitorar cuidadosamente seus níveis de açúcar no sangue e injetar insulina várias vezes ao dia para evitar que o açúcar no sangue fique muito alto.

Como possível alternativa a essas injeções, pesquisadores do MIT estão desenvolvendo um dispositivo implantável que contém células produtoras de insulina. O dispositivo encapsula as células, protegendo-as da rejeição imunológica, e também possui um gerador de oxigênio integrado para manter as células saudáveis.

Os pesquisadores esperam que este dispositivo possa oferecer uma maneira de alcançar o controle a longo prazo do diabetes tipo 1. Em um novo estudo, eles demonstraram que essas células das ilhotas pancreáticas encapsuladas podem sobreviver no corpo por pelo menos 90 dias. Nos camundongos que receberam os implantes, as células permaneceram funcionais e produziram insulina suficiente para controlar os níveis de açúcar no sangue dos animais.

“A terapia com células das ilhotas pancreáticas pode ser um tratamento transformador para os pacientes. No entanto, os métodos atuais também exigem imunossupressão, o que para algumas pessoas pode ser realmente debilitante”, afirma Daniel Anderson, professor do Departamento de Engenharia Química do MIT e membro do Instituto Koch para Pesquisa Integrativa do Câncer e do Instituto de Engenharia Médica e Ciência do MIT. “Nosso objetivo é encontrar uma maneira de oferecer aos pacientes os benefícios da terapia celular sem a necessidade de imunossupressão.”

Anderson é o autor principal do estudo, publicado hoje na revista Device . O ex-cientista pesquisador do MIT, Siddharth Krishnan, atualmente professor assistente de engenharia elétrica na Universidade Stanford, e o ex-pós-doutorando do MIT, Matthew Bochenek, são os autores principais do artigo. Robert Langer, professor do Instituto David H. Koch no MIT, também é coautor.

O transplante de células das ilhotas pancreáticas já foi utilizado com sucesso no tratamento da diabetes em pacientes. Essas células geralmente provêm de cadáveres humanos ou, mais recentemente, podem ser geradas a partir de células-tronco. Em ambos os casos, os pacientes devem tomar medicamentos imunossupressores para evitar que o sistema imunológico rejeite as células transplantadas.

Outra forma de prevenir a rejeição imunológica é encapsular as células em um dispositivo protetor. No entanto, isso traz novos desafios, pois o revestimento que envolve as células pode impedi-las de receber oxigênio suficiente.

Em um estudo de 2023, Anderson e seus colegas relataram um dispositivo de encapsulamento de ilhotas pancreáticas  que também possui um gerador de oxigênio integrado. Esse gerador consiste em uma membrana de troca de prótons que pode decompor o vapor de água (encontrado em abundância no corpo) em hidrogênio e oxigênio. O hidrogênio se difunde inofensivamente, enquanto o oxigênio entra em uma câmara de armazenamento que alimenta as células das ilhotas através de uma membrana fina e permeável ao oxigênio.

Descobriram que as células encapsuladas nesse dispositivo conseguiam produzir insulina por até um mês após serem implantadas em ratos.

“Um mês é um bom prazo, pois demonstra uma prova de conceito básica. Mas, do ponto de vista da aplicação prática, é importante mostrar que é possível ir muito além disso”, afirma Krishnan.

No novo estudo, os pesquisadores aumentaram a vida útil dos dispositivos, tornando-os mais impermeáveis e resistentes a rachaduras. Eles também aprimoraram os componentes eletrônicos do dispositivo para fornecer mais energia ao gerador de oxigênio. O implante é alimentado sem fio por uma antena externa colocada sobre a pele, que transfere energia para o dispositivo. Ao otimizar o circuito, os pesquisadores conseguiram aumentar a quantidade de energia que chega ao sistema gerador de oxigênio.

A energia adicional permitiu que o dispositivo produzisse mais oxigênio, ajudando as células encapsuladas a sobreviver e funcionar com mais eficácia. Como resultado, as células conseguiram gerar muito mais insulina ao longo do tempo.

Em estudos com ratos e camundongos, os pesquisadores demonstraram que o novo dispositivo poderia funcionar por pelo menos 90 dias após ser implantado sob a pele. Durante esse período, as células das ilhotas pancreáticas do doador foram capazes de produzir insulina suficiente para manter os níveis de açúcar no sangue dos animais dentro de uma faixa saudável.

Os pesquisadores observaram resultados semelhantes com células das ilhotas derivadas de células-tronco pluripotentes induzidas, que um dia poderão fornecer um suprimento indefinido para qualquer paciente que necessite delas. Essas ilhotas não reverteram completamente o diabetes, mas conseguiram algum controle dos níveis de açúcar no sangue.

“Esperamos que, no futuro, se pudermos dar às células um pouco mais de tempo para amadurecerem completamente, elas secretem ainda mais insulina para melhor regular o diabetes nos animais”, diz Bochenek.

Os pesquisadores agora planejam estudar se conseguem fazer com que os dispositivos durem ainda mais tempo no corpo — até dois anos, ou mais.

Os pesquisadores também estão explorando a possibilidade de usar essa abordagem para fornecer células que possam produzir outras proteínas úteis, como anticorpos, enzimas ou fatores de coagulação.

“Acreditamos que essas tecnologias podem oferecer uma maneira de longo prazo de tratar doenças humanas, produzindo medicamentos dentro do corpo em vez de fora dele”, diz Anderson. “Existem muitas terapias proteicas em que os pacientes precisam receber infusões repetidas e prolongadas. Acreditamos que seja possível criar um dispositivo capaz de produzir continuamente terapias proteicas sob demanda e conforme a necessidade do paciente.”

A pesquisa foi financiada, em parte, pelo Breakthrough TID, pelo Leona M. and Harry B. Helmsley Charitable Trust, pelos Institutos Nacionais de Saúde (NIH) e por uma bolsa de apoio (núcleo) do Instituto Koch, do Instituto Nacional do Câncer.