Microencapsulación de agregados celulares compuestos por células productoras de insulina (IPC) y glucagón (GPC) diferenciadas in vitro, a partir de células mesenquimales humanas derivadas de tejido adiposo (hASC)

Abstract

La diabetes mellitus tipo I (T1DM), es una enfermedad caracterizada por la destrucción de las células β productoras de insulina, presentes en los islotes de Langerhans, estructuras que cumplen las funciones del páncreas endocrino. Como consecuencia, los pacientes que desarrollan esta enfermedad pierden la capacidad de producir Insulina. La tasa de incidencia de esta patología se encuentra en considerable aumento tanto a nivel mundial como en nuestro país. El tratamiento convencional es la terapia de reemplazo de insulina en conjunto con una dieta estricta y actividad física controlada; sin embargo, esto no reproduce el estricto control de la glicemia que presenta un individuo sano. El trasplante de islotes pancreáticos desde donantes cadáver es una alternativa en países desarrollados, y está dirigido a pacientes con pobre control glicémico. Sin embargo, el proceso de purificación de islotes resulta poco eficiente y reproducible. Además, es necesario someter a los pacientes a una terapia de inmunosupresión a permanencia para evitar el rechazo de los islotes trasplantados. Recientemente, nuevos estudios proponen que las células madre mesenquimales (MSC) podrían ser utilizadas para producir células tipo pancreáticas endocrinas. En este proyecto propusimos usar como fuente celular, MSC derivadas de tejido adiposo humano o “adipose-derived stem cells” (hASC), para promover su diferenciación in vitro hacia células productoras de glucagón e insulina. Para esto, se purificaron hASC de lipoaspirado humano y se clasificaron como una población de MSC de acuerdo con su perfil de marcadores de superficie y su potencial de diferenciación hacia fenotipos adipogénico, condrogénico y osteogénico. Posteriormente se indujo la diferenciación de hASC hacia células productoras de insulina (IPCs) y células productoras de glucagón (GPCs), para luego formar un agregado celular compuesto por IPC y GPC bajo condiciones de baja adherencia. Tanto las células diferenciadas IPC y GPC, como los agregados de ambos tipos celulares presentaron expresión de marcadores característicos de células endocrinas pancreáticas como Pdx1, Ngn3, Insulina y Glucagón. Los agregados celulares presentaron un diámetro promedio de ~ 80 μm. Finalmente, para otorgar inmunoprotección a los agregados celulares y así evitar el uso de inmunosupresores, dichos agregados fueron microencapsulados en alginato de sodio estabilizado con Ba2+. Los microgeles presentaron un diámetro de ~ 300 μm, y los agregados encapsulados mostraron secreción de insulina en respuesta a glucosa, la que decae luego de 7 días de cultivo. En conclusión, logramos obtener agregados celulares IPC/GPC que una vez encapsulados en alginato de sodio 1,5 % y estabilizados con Bario, son capaces de responder con secreción de insulina frente a condición de alta glucosa in vitro. El procedimiento descrito en este trabajo permite generar agregados tipo islote pancreático utilizables como posible tratamiento para T1DM

In type I diabetes mellitus (T1DM) insulin-producing pancreatic β cells are destroyed. As a consequence, patients with T1DM lose the ability to produce insulin. The incidence rate of this pathology is in considerable increase both globally and in our country. Treatment entails exogenous insulin administration, strict diet control and an active lifestyle, yet optimal glycemic control is hardly attainable. Islet transplant from cadaver donor could be an alternative in patients with poor glycemic control in developed countries, but inefficient islet purification and low reproducibility exist. Furthermore, it is necessary to subject patients to permanent immunosuppression therapy to avoid rejection of the transplanted islets. Recently, new studies propose that mesenchymal stem cells (MSCs) could be used to produce endocrine pancreatic-like cells. In this project we proposed to use MSC derived from human adipose tissue (hASC), to promote its differentiation in vitro to glucagon and insulin producing cells. For this, hASC were obtained from human lipoaspirated, and classified as a population of MSC according to their profile of surface markers and their potential for differentiation towards adipogenic, chondrogenic and osteogenic phenotypes. Posteriorly, hASC were differentiated in vitro to IPC and GPC. Then, we coincubated IPC and GPC cells in low adhesion conditions to induce the formation of cellular aggregates. We demonstrated that both, the differentiated cells (IPC and GPC) and the aggregates IPC/GPC showed expression of characteristic markers of pancreatic endocrine cells such as Pdx1, Ngn3, Insulin and Glucagon. The Feret diameter of cellular aggregates, finding mean diameters ~80 μm at 72h of incubation. Finally, to privileged environment and avoid use of immunosuppressors the IPC/GPC aggregates were microencapsulated in sodium-alginate polymer microgels being more stable through time in Ba2+ stabilized microgels, with average diameters ~300 μm. Moreover, Ba2+-microencapsulated aggregates respond to high external glucose with insulin secretion, what declines after 7 days of cultivation. In conclusion, the IPC/GPC differentiation process from hASC followed by generation of cellular aggregates IPC/GPC microencapsulated in sodium alginate 1.5% stabilized with Ba2+ in vitro represent a possible treatment for T1DM