Forscher wollen künstliche Bauchspeicheldrüse 3D-drucken um Diabetes zu bekämpfen

Schätzungen zufolge gibt es allein in Polen mehr als zweieinhalb Millionen Diabetiker, von denen 200.000 Patienten mit Typ-I-Diabetes sind. Nach den Statistiken der WHO werden sich diese Zahlen bis 2030 verdoppeln. Die chronische Insulintherapie mit ständig verbesserten Insulinpumpen und Systemen zur kontinuierlichen Blutzuckermessung ist für einen großen Teil der Patienten eine sehr gute Kombination. Eine vollständige Heilung kann derzeit nur durch die Transplantation der Bauchspeicheldrüse oder in geringerem Maße durch die Transplantation von Langerhans-Inseln erreicht werden. Diese Verfahren sind jedoch schwierig und nicht mit zahlreichen Nachteilen behaftet, wie dem Mangel an Organen für die Transplantation, der chronischen Immunsuppression oder dem Risiko von chirurgischen Komplikationen nach einer Pankreastransplantation. Um den Schwierigkeiten zu begegnen, die sich aus dem derzeitigen Konzept der Krankheitsbekämpfung ergeben, entstand eine neue Idee. Die Idee, ein bionisches Pankreas zu schaffen

Die Annahme des Projekts ist die Schaffung einer maßgeschneiderten Bauchspeicheldrüse. Bisher gab es zwei Hauptmethoden, um mit Diabetes umzugehen.

Die erste, auf der Pharmakologie basierende, beinhaltet die regelmäßige Verabreichung von Insulin, die als intensive Insulintherapie bezeichnet wird. Diese Methode garantiert weder die Verhinderung der Entstehung sekundärer Komplikationen noch hemmt sie das Fortschreiten der Zuckerkrankheit. Die Insulintherapie ist nur eine vorübergehende Alternative.

Der zweite und in der Tat der einzige Weg, der zur vollständigen Heilung führt, ist eine transplantation der Bauchspeicheldrüse oder Langerhans-Inseln. Diese Methode zur Behandlung von Diabetes beseitigt nicht alle Probleme. Statistiken sind auch in diesem Fall grausam. In Polen sollten etwa 10.000 Menschen für diese Art von Transplantation qualifiziert sein, während im Durchschnitt nur 40 Operationen pro Jahr durchgeführt werden. Die Haupteinschränkung für diese erschreckenden Daten ist der Mangel an Organen für die Transplantation.

Es ist allgemein bekannt, dass, obwohl sich der Wissensstand der Polen jedes Jahr verbessert und die Anzahl der Transplantationen steigt, die Nachfrage nach Organen die Menge übersteigt, die von Spendern erhalten werden kann. Darüber hinaus birgt die Operation nach der Pankreas-Transplantation das Risiko von chirurgischen Komplikationen, und die Fortsetzung des Lebens nach den beiden Langerhans-Inseln und der Pankreas-Transplantation ist mit der kontinuierlichen Einnahme von Immunsuppressiva verbunden. Das aus seinen eigenen transformierten Stammzellen erzeugte Pankreas beseitigt diese beiden Hauptprobleme.

“Wenn das Programm gelingt, worauf wir uns natürlich verlassen, werden Wissenschaftler in drei Jahren bereit sein, erste Studien unter Beteiligung von Patienten durchzuführen. Wir sehen, dass viele Diabetiker unsere Arbeit mit Hoffnung betrachten und uns Kraft und Handlungsbereitschaft geben. Ich möchte darauf hinweisen, dass diese Art der Forschung auf globaler Ebene einzigartig ist. Darüber hinaus gehört das polnische bionische Konsortium zu den Leitern von Zentren, die sich mit diesem Thema befassen.” sagt Michał Wszoła MD, PhD

Zusammen arbeiten

Angesichts dieser Situation versuchte eine Gruppe polnischer Wissenschaftler unter der Leitung des transplantierten Chirurgen Dr. Michał Wszoła, Doktor, einen effektiveren Weg zu finden, um der ständig wachsenden Zahl der von Diabetes betroffenen Menschen zu helfen. Sie setzen ein weltweit einzigartiges Projekt an, d. H. Das bionische Pankreas.

Im Oktober 2015 der Foundation of Research and Science Development-Initiative wurde das BIONIC-Konsortium gegründet, das aus folgenden Mitgliedern besteht:

• Gründung von Research and Science Development zusammen mit einem Team von Dr. Michal Wszola, PhD als Konsortialführer.
• Nencki Institut für experimentelle Biologie zusammen mit einem Team von Prof. Dr. Agnieszka Dobrzyn.
• Die Fakultät für Materialwissenschaften der Technischen Universität Warschau unter der Leitung von Prof. Dr. Wojciech Swieszkowski.
• Zentrum für Biostrukturforschung der Medizinischen Universität Warschau unter der Leitung von Prof. Dr. Artur Kaminski
• Jesus Child Hospital zusammen mit prof. Artur Kwiatkowski

Das Konsortium führt das Projekt “3D-Bioprinting von Gerüsten mit Pankreasinseln oder Insulin produzierenden Zellen zur Erzeugung von bionischem Pankreas” durch. Nachdem das nationale Zentrum für Forschung und Entwicklung im Januar 2017 im Rahmen des Programms STRATEGMED III Mittel erhalten hatte, begann die Arbeit an der bionischen Bauchspeicheldrüse in vollem Gange, und ein Traum wurde realität.

Ziel des Projekts ist es, eine funktionelle Bauchspeicheldrüse zu schaffen. Eine, die ohne größere Probleme auf den Patienten übertragen werden kann. Dadurch können von Diabetes betroffene Menschen normal funktionieren und vor allem die Entwicklung sekundärer Komplikationen, die die meisten Todesfälle verursachen, verhindert werden.

innovative Technik

Die bionische Bauchspeicheldrüse ist ein Organ, das aus biologischen Elementen, einschließlich Zellen des Patienten, besteht und die Immunsuppression überflüssig macht. Die vom Patienten gesammelten Stammzellen werden anschließend mittels Technik und Mechatronik in ein komplettes Organ gebracht. Die Innovation des Projekts basiert auf der Verwendung der neuesten Technologien und der Pionierforschung am menschlichen Körper, was zur einzigartigen Zusammensetzung der Biotinte führt.

Unser „Pankreas“ umfasst im Gegensatz zum knöchernen Bioprint, das heutzutage in die Klinik kommt, nicht nur Gerüstelemente, sondern auch lebende Zellen und Pankreasinseln sowie das Gefäßsystem. Es wird die Wartung sicherstellen und deren ordnungsgemäße Funktion in dieser Umgebung ermöglichen. Ein weiterer Vorteil dieses innovativen Projekts besteht darin, dass nach der Transplantation zuvor isolierter Stammzellen aus Fettgewebe und deren Programmierung, so dass sie Insulin und Glucagon ausscheiden können, diese zu einem völlig neuen Zelltyp werden. Es wird eine autologe Transplantation sein.

Das Team von prof. Agnieszka Dobrzyń vom Nencki-Institut für experimentelle Biologie hat das Modell der Transformation menschlicher Stammzellen in Insulin- und Glucagon-produzierende Zellen verfeinert, ein weiterer Meilenstein auf dem Weg zum Ziel. Im August 2018 konnte ein weiteres Hindernis überwunden werden: der Kauf eines spezialisierten 3D-Druckers, der das sterile Drucken von Bauchspeicheldrüsenblättern ermöglichte und nicht weniger als 140.000 PLN (33.000 €) kostete. Damit ist der Weg zum Ziel frei. Die nächste Phase der Projektumsetzung soll ab der Jahreswende 2018/2019 beginnen und die Vorbereitungen für die ersten Tierversuche umfassen.

Viele Vorteile

Die Vorteile der Entwicklung von Medikamenten sind unbestritten, aber wie sieht es für den Durchschnittspatienten aus? Bionische Bauchspeicheldrüse soll in erster Linie die Entwicklung weiterer Komplikationen bei Patienten mit Diabetes verhindern. Erstens würde das Programm Personen abdecken, die möglicherweise für eine Pankreas-Transplantation in Frage kommen. Hierbei handelt es sich um Patienten, die bereits schwere Komplikationen hatten, sodass die Transplantation eine echte Garantie für die Blockierung sekundärer Diabetes-Komplikationen darstellt. Neben dem vorrangigen Aspekt der Rettung von Menschenleben könnte der zusätzliche Nutzen einer bionischen Bauchspeicheldrüse die Senkung der Gesundheitsausgaben sein. In Polen belaufen sich diese Ausgaben auf über 9% der Gesamtausgaben für die Gesundheitsfürsorge, was 2,5 Mrd. PLN (590.000.000 €) pro Jahr bedeutet. Ein Fünftel dieser Summe entfällt auf die Behandlung von Komplikationen im Zusammenhang mit Diabetes. Die Umsetzung der Projektannahmen könnte sowohl den finanziellen Aufwand für die Behandlung von Patienten, die an Komplikationen leiden, als auch die Kosten einer immunsuppressiven Behandlung erheblich reduzieren. Im Laufe der Zeit wird sich die Zielgruppe natürlich weiter ausdehnen und gleichzeitig die Lebensqualität der Patienten verbessern.