Encapsulamento de células Min-6 como sistema de produção e secreção de insulina

Abstract

A substituição das ilhotas pancreáticas disfuncionais de Langerhans é o último recurso terapêutico para muitos pacientes com diabetes melito tipo 1 com controle metabólico instável. O transplante de ilhotas pancreáticas cadavéricas, via perfusão pela veia porta, ganhou considerável atenção como opção de tratamento terapêutico avançado, com potencial de reestabelecer naturalmente a produção regulada de insulina. Todavia, é limitado pela disponibilidade de ilhotas funcionais de qualidade aceitável, que geralmente são necessárias para alcançar a independência de insulina. Além disso, o transplante de células requer imunossupressão sistêmica para prevenir a rejeição, o que representa riscos adicionais ao paciente. Nesse sentido, o encapsulamento de células produtoras de insulina em matrizes puras e híbridas de alginato é uma alternativa. Dessa forma, este estudo tem por objetivo investigar as potencialidades e limitações do processo de encapsulamento de células MIN-6, a fim de obter um sistema de produção e secreção de insulina. No presente estudo, células da linhagem eritroleucêmica K-562 foram encapsuladas em alginato de sódio pela técnica de extrusão Os sistemas produzidos foram constituídos de alginato nas concentrações 1 %, 1,5 %, 2 % e 3 %, como estratégia de avaliação da potencialidade de encapsular células MIN-6, um modelo de linhagem de camundongo secretora de insulina, em matrizes puras e funcionalizadas de alginato. Os sistemas foram constituídos de alginato 2 % combinado com outras matrizes, saber: agarose (ALGAGA), amido (ALGAMI), celulose (ALGCEL), gelatina (ALGGEL), gelatina/polietilenoglicol (ALGELPEG), glicina (ALGGLI), quitosana (ALGQUI) e quitosana/sílica (ALGQUISIL). Os materiais resultantes foram caracterizados por dispersão de luz dinâmica, medições de potencial zeta e espectroscopia no infravermelho com transformada de Fourier. A degradação do hidrogel também foi avaliada. A fisiologia e a viabilidade celular foram avaliadas pela técnicas de Trypan blue, MTT e capacidade de secreção de insulina. A maioria dos sistemas encapsulado mostrou-se monomodal. O tamanho médio das cápsulas estave na faixa entre 1060 nm e 4880 nm. As células encapsuladas exibiram taxas de viabilidade e desempenho bioquímico que permitem culturas celulares prolongadas. Em todos os sistemas as células MIN-6 permaneceram viáveis após 24 horas, principalmente ALGAGA, ALGAMI, ALGCEL e ALGGELPEG, cuja viabilidade permaneceu acima de 60 %. Todas as matrizes secretaram quantidades fisiológicas de insulina (1 a 11 ng/mL) e apresentaram integridade das cápsulas superior a 90 %, exceto ALGGELPEG. ALGCEL apresentou a maior eficiência de encapsulamento (85 %). De acordo com o conjunto de resultados aqui discutidos, ALGAGA, ALGCEL e ALGQUI podem ser sistemas promissores para terapia celular.

Replacement of dysfunctional pancreatic islets of Langerhans is the last therapeutic resource for many type 1 diabetes mellitus patients with unstable metabolic control. The transplantation of cadaveric pancreatic islets, via perfusion through the portal vein, has gotten considerable attention as an option for advanced therapeutic treatment. It has the potential to restoring the regulation of insulin production in a natural way. However, it is limited by the availability of functional islets of acceptable quality, which are in general necessary to achieve insulin independence. In addition, cell transplantation requires systemic immunosuppression to prevent rejection, which poses additional risks to the patient. In this sense, the encapsulation of insulin-producing cells in pure and hybrid alginate matrices is an alternative. Thus, this study aims to investigate the potential and the limitations of the MIN-6 cells encapsulation process, in order to obtain an insulin production and secretion system. In the present study, human erythroleukemia-derived K-562 cells were encapsulated in sodium algiante by extrusion techique. The produced systems were composed of alginate in 1 %, 1.5 %, 2 % and 3 % concentrations, as a strategy to evaluate the potential of encapsulating MIN-6, a mouse model of insulin-secreting lineage, in bare and functionalized alginate matrices. The systems were composed of 2 % alginate combined with other matrices, namely: agarose (ALGAGA), cellulose (ALGCEL), chitosan (ALGCHI), gelatine (ALGGEL), glycine (ALGGLY), polyethyleneglycol (PEG) (ALGGELPEG), silica (ALGCHISIL) and starch (ALGSTA). The resulting materials were characterized by dynamic laser scattering, zeta potential measurements and Fourier transform infrared spectroscopy. Hydrogel degradation was also evaluated. Cell physiology and viability were assessed by Trypan blue and MTT technique and insulin secretion capacity. Most of the systems were shown to be monomodal. Capsules mean size lay in the range between 1060 nm and 4880 nm. Encapsulated cells exhibited rates of viability and biochemical performance that allow prolonged cell cultures. In all systems, MIN-6 cells remained viable after 24 hours, mainly ALGAGA, ALGAMI, ALGCEL and ALGGELPEG, whose viability remained above 60 %. All matrices secreted physiological insulin amounts (1 to 11 ng/mL) and had capsule integrity greater 90 %, except ALGGELPEG. ALGCEL showed the highest encapsulation efficiency (85 %). According to the results, ALGAGA, ALGCEL and ALGQUI can be systems for cell therapy.