Development of biomimetic approaches for immunoisolation of functional islets

Tip 1 diyabet (T1D), insülin salgılayan β hücrelerinin yıkımı nedeniyle insülin salgılama fonksiyonunun kaybedildiği, pankreasın kronik bir otoimmün hastalığıdır. T1D hastaları yüksek kan glukoz seviyelerine sahipken, hücreleri glukozdan mahrumdur. Adacıklar "β hücreleri adaları" diye tanımlanabilir ve vücuttaki glikoz metabolizmasından sorumludurlar. Adacık transplantasyonu, son on yıl içerisinde T1D için deneysel ve zaman zaman uygulanan bir stratejiden rutin olarak uygulanan klinik terapiye dönüşmüştür. Fakat, ömür boyu bağışıklık sistemi baskılayıcı ilaç kullanma ve bir seferden fazla adacık nakli gerekliliği bu stratejinin daha geniş bir alanda uygulanmasını sınırlamaktadır. Adacık immünoizolasyon teknikleri, bağışıklık sistemini baskılamak için ilaç kullanma gerekliliğini kalıcı olarak ortadan kaldırılması veya ilaç dozlarının önemli ölçüde azaltılması için ortaya çıkmış tekniklere verilen genel bir addır. Bağışıklık sisteminin düzenlenmesi çeşitli malzeme bazlı ve biyolojik stratejilerle yapılabilir. Malzeme bazlı stratejiler, adacıkları besin değişimini sağlayan ve bağışıklık sistemi bileşenlerini bloke eden yarı geçirgen membranlar içinde alarak adacıkların korunmasına odaklanırken; biyolojik stratejiler, bağışıklık sisteminin kemokinler yoluyla veya bağışıklık hücrelerinin manipülasyonu ile düzenlenmesiyle ilgilenir. Bu tez, tolere edilebilir adacık nakillerinin yaratılması ve adacık reddinin üstesinden gelmek için bu iki stratejiye odaklanmaktadır. İlk olarak insülin salgılayan β hücreleri (β-TC-6) ve hepatik stellat hücrelerinden (HSC'ler) oluşan yalancı adacıklar veya adacık organoidlerini tasarladık. HSC'ler ECM proteinlerini ve anjiyogenez faktörlerini salgılayabilir ve aynı zamanda yakın çevrelerindeki düzenleyici T hücresi (Treg) popülasyonunu genişletebilirler. Tregler, efektör T hücrelerinin faaliyetlerini baskılayarak bağışıklık sistemini modüle etmede çok önemlidir. Makrofajlardan türetilmişbir kemokin olan CCL22 da Treg çağırma ve dolayısıyla lokal bir bağışıklık baskılama yeteneğine sahiptir. Çalışmamızda bu iki kavramı birleştirdik ve Treg'leri CCL22 geni ile transfekte ettik. Daha sonra, β-TC-6 ve CCL22 ile transfekte edilmiş HSC'ler ile insülin salgılayan çok hücreli organoidler hazırladık. Bu çok hücreli organoidlerin diyabetik hayvan modeline implantasyonu neticesinde, implantasyon bölgesindeki Treg sayısında 5 kattan fazla artış olduğunu gözlemledik. Bu sonuç, tolere edilebilir adacık nakillerinin, sadece adacık tedavisi vii için değil aynı zamanda diğer hücre/organ transplantasyonları için de bağışıklık sisteminin modülasyonu yoluyla üretilebileceğini gösterdi. Adacıklar için başka bir immünoizolasyon türü yaratmak için, biyouyumlu hidrojeller tasarladık ve adacık organoidlerinin etrafında ultra-ince kaplamalar oluşturduk. Lipid grubu barındıran mikrojeller, su içinde su emülsiyon tekniği ve ardından fotopolimerizasyon ile sentezlendi. Her bir reaksiyon aşaması, fizyolojik pH değerlerinde sulu çözeltilerde gerçekleştirildi. Mikrojeller hidrofobik etkileşimler yoluyla organoid bağlandı. Kovalent bağlanmadan farklı olarak, hidrofobik etkileşimler hücre yüzeyinde bulunan membrane proteinleri ile etkileşime girmez ve hücre zarının bütünlüğünü bozmaz. Kaplanmamış kontrollere kıyasla mikrojel kaplı adacık organoidleri için yüksek ve benzer hücresel metabolik aktivite ve canlılık değerleri elde ettik. Adacıkların insulin salgılama kapasiteleri incelendiğinde, mikrojellerle kaplanmış adacıklar ve kaplanmamış adacıklar arasında büyük farklılıklar gözlenmemiş, böylelikle insülin salgılama işlevselliği de korunmuştur. Edindiğimiz sonuçlar, immünoisolasyon yaklaşımımız aracığıyla, fonksiyonel insülin salgılayan organoidlerin üretilebileceğini bize göstermektedir. Bulgularımız biyolojik ve materyal bazlı immünoterapötik stratejilerin T1D tedavisinde adacık nakli için büyük bir potansiyel taşıdığını göstermektedir.