Bioprinten van eilandjes opent de deur naar effectievere diabetesbehandeling

Een recent onderzoek, uitgevoerd door onderzoekers van de Pohang University of Science and Technology (POSTECH), opent de deur naar effectiever diabetesonderzoek en -behandeling. De nieuwe aanpak maakt gebruik van bioprinten om de rijping van pancreatische eilandjes te recreëren. Deze ontwikkeling heeft het potentieel om wetenschappers een dieper inzicht te geven in de complexiteit van diabetes en miljoenen levens te redden.

Wat is diabetes

Diabetes is een chronische aandoening die wordt gekenmerkt door verhoogde glucosespiegels (suiker) in het bloed. Dit gebeurt doordat de alvleesklier niet genoeg insuline produceert – een hormoon dat helpt glucose vanuit de bloedbaan naar de cellen te transporteren – of doordat de cellen van het lichaam niet goed reageren op insuline. Glucose is een vitale energiebron voor het lichaam, en insuline speelt een cruciale rol bij het reguleren van de niveaus.

Wanneer dit systeem niet goed functioneert, hoopt glucose zich op in de bloedbaan in plaats van efficiënt door de cellen te worden gebruikt. Na verloop van tijd kan een voortdurend hoge bloedsuikerspiegel leiden tot ernstige complicaties, waaronder schade aan zenuwen, het hart, de nieren, de ogen en de bloedvaten.

Wereldwijd is diabetes een groeiende zorg. Volgens de International Diabetes Federation leeft ongeveer 10,5% van de volwassen wereldbevolking met een vorm van de ziekte. In de Verenigde Staten schatten recente gegevens van de Centers for Disease Control and Prevention (CDC) dat ongeveer 38,1 miljoen mensen – of ongeveer 11,6% van de bevolking – diabetes hebben. De kans op het ontwikkelen van de aandoening neemt toe met de leeftijd, en de prevalentie is doorgaans hoger in ontwikkelde landen, hoewel deze ook sterk stijgt in ontwikkelingsregio’s.

Er zijn verschillende soorten diabetes, maar de twee meest voorkomende zijn type 1 en type 2.

Type 1 diabetes

Type 1 diabetes is een auto-immuunziekte waarbij het immuunsysteem van het lichaam per ongeluk de insulineproducerende bètacellen in de alvleesklier aanvalt en vernietigt. Als gevolg hiervan produceert het lichaam weinig of geen insuline, waardoor het niet in staat is de bloedsuikerspiegel op natuurlijke wijze te reguleren. Dit leidt tot een ophoping van glucose in de bloedbaan.

Type 1 diabetes wordt vaak gediagnosticeerd bij kinderen en jonge volwassenen, waardoor het historisch gezien de benaming “jeugddiabetes” kreeg. Het kan echter op elke leeftijd ontstaan. Mensen met type 1 diabetes hebben levenslang dagelijkse insulinetherapie nodig, aangezien er momenteel geen genezing bestaat. Deze vorm van diabetes vertegenwoordigt ongeveer 5–10% van alle gediagnosticeerde diabetesgevallen.

Type 2 diabetes

Type 2 diabetes is wereldwijd de meest voorkomende vorm van diabetes. Het ontstaat wanneer het lichaam resistent wordt tegen insuline of wanneer de alvleesklier niet genoeg insuline produceert om aan de behoeften van het lichaam te voldoen. In tegenstelling tot type 1, dat auto-immuun is, wordt type 2 grotendeels geassocieerd met aanpasbare risicofactoren zoals overgewicht, een slecht dieet, lichamelijke inactiviteit en hoge bloeddruk – hoewel genetische aanleg ook een rol speelt.

Type 2 diabetes ontwikkelt zich meestal geleidelijk, vaak over vele jaren, en kan in het begin onopgemerkt blijven. Levensstijlveranderingen zoals een verbeterd dieet, meer lichaamsbeweging en gewichtsbeheersing vormen de eerste behandelingslijn en kunnen het risico of de voortgang van de ziekte aanzienlijk verminderen. In sommige gevallen kunnen orale medicatie of insulinetherapie ook noodzakelijk zijn.

Huidig onderzoek en behandelingen voor diabetes

De meest voorkomende vorm van diabetesbehandeling bestaat uit insuline-injecties of medicatie die het lichaam gevoeliger maakt voor insuline. Deze aanpak heeft bewezen effectief te zijn in het voorkomen dat de ziekte verergert. Het vereist echter levenslange injecties, wat leidt tot hoge behandelingskosten die de onderliggende oorzaak van de aandoening nooit oplossen.

Gezien het ontbreken van een genezing, zijn wetenschappers begonnen te proberen de omstandigheden te recreëren die diabetes mogelijk maken. In dit type onderzoek worden stamcellen gebruikt om pancreascellen te genereren. Deze in het laboratorium gekweekte cellen stellen farmaceutische bedrijven en behandelingsspecialisten in staat om opties te testen zonder een patiënt nodig te hebben. Ze vormen daarmee een essentieel onderdeel in de strijd tegen diabetes.

Beperkingen van huidige diabetesbehandelingen

Jarenlang onderzoek heeft aangetoond dat het zeer moeilijk is om de omgeving van de alvleesklier op een manier te recreëren die stabiel genoeg is voor onderzoek en testen. Ingenieurs merkten eerder op dat de in het laboratorium gekweekte stamcel (SC)-afgeleide pancreascellen niet presteerden zoals hun natuurlijke tegenhangers.

Onderzoekers concludeerden dat dit gedrag te wijten was aan een gebrek aan belangrijke kenmerken die aanwezig zijn in de driedimensionale extracellulaire micro-omgeving en peri-vasculatuur van de alvleesklier. Gelukkig heeft een team van innovatieve ingenieurs een nieuwe aanpak voorgesteld die dit probleem oplost en de deur opent naar effectievere behandelingen.

Overzicht van de POSTECH-studie

De studie “Bioprinting of bespoke islet-specific niches to promote maturation of stem cell-derived islets“¹ gepubliceerd in Nature Communications introduceert een nieuwe methode om pancreatische eilandjes te creëren. De strategie berust op een printtechniek die de functionele coördinatie van de pancreatische eilandjes, het extracellulaire matrix (ECM) en de vasculatuur bevordert.

Bron – POSTECH

Pancreatische eilandjes

Pancreatische eilandjes zijn verantwoordelijk voor het afscheiden van insuline om je bloedsuikerspiegel onder controle te houden. Deze eilandjes bevatten vele endocriene hormooncellen die een cruciale rol spelen in de ontwikkeling en werking van je lichaam. Specifiek vind je hier insuline-producerende β-cellen, glucagon-producerende α-cellen en somatostatine-producerende δ-cellen.

Extracellulaire matrix (ECM)

Opmerkelijk is dat de pancreatische eilandjes zich bevinden binnen een extracellulaire matrix (ECM) die vol zit met eiwitten en biomoleculen die essentieel zijn voor de structurele en biochemische groei van je cellen. Daarom kan elke verstoring van de ECM een negatieve invloed hebben op de glucosaproductie van je lichaam.

Onderzoek toont aan dat je ECM voor slechts ongeveer 2% uit basismembraaneiwitten (BM) bestaat. Deze eiwitten blijken cruciaal te zijn voor de glucosaproductie, omdat ze verantwoordelijk zijn voor het stabiliseren van de ECM-bindingsaffiniteit van endocriene cellen en integrine-signaaltransductie.

Vasculatuur

Een uitgebreid netwerk van aders levert bloedstroom aan je pancreatische eilandjes en ECM. Deze vasculatuur voorziet de ECM van de voedingsstoffen die nodig zijn om de eilandjes te ondersteunen en hun kerntaak – het afscheiden van insuline om de bloedsuikerspiegel te verlagen – uit te voeren.

De rol van 3D-bioprinten in de studie

Bioprinten is een vorm van 3D-printen die gebruik maakt van levende groeiende materialen. Het kan worden ingezet om complexe bio-omgevingen te vervaardigen die ideaal zijn voor test- en onderzoeksdoeleinden. In deze studie creëren de ingenieurs bioprint-gebaseerde geometrische begeleiding om de ruimtelijke rangschikking van natuurlijke eilandperiferen te reconstrueren.

Het HICA-V-platform

De nieuwe printstrategie, genaamd HICA-V, kan stamcel-afgeleide eilandcellen creëren naast vasculaire structuren, net zoals die in het lichaam voorkomen. Specifiek gebruikt het systeem geometrische begeleiding om het ruimtelijke patroon van eilandperiferen te reproduceren. Deze strategie stelde ingenieurs in staat om pancreatische omstandigheden te recreëren op een manier die de eilandjes volledig kon laten ontwikkelen.

Daarnaast beschrijft de studie hoe het team pancreasachtige niches bio-ingenieerde. Ze voltooiden de taak door de juiste combinatie van weefsel-specifieke extracellulaire matrix en basismembraaneiwitten te realiseren.

PINE Bio-ink: het recreëren van de pancreatische omgeving

Het team moest een nieuw type bio-ink creëren om hun doel te bereiken: het recreëren van pancreatische eilandcondities. Om deze taak te volbrengen, ontwikkelde de wetenschapper een gespecialiseerde bio-ink genaamd PINE (Peri-islet Niche-like ECM).

Opmerkelijk is dat deze inktvariant essentiële componenten voor eilandgroei bevat, zoals een ECM compleet met basismembraaneiwitten. Interessant genoeg maken de ingenieurs de inkt met extracten uit echt pancreatisch weefsel om laminine en collageen IV te verkrijgen.

Experimentele procedures en testen

Het team ontwikkelde meerdere tests om de nauwkeurigheid van hun ontdekking te waarborgen. Ze begonnen met het voorbereiden van gedecellulariseerd varkenspancreasweefsel. Daarnaast gebruikten ze een aggregatieproces met roerflessen om eilandachtige clusters te genereren die sterk leken op natuurlijke exemplaren.

Resultaten van de POSTECH-studie

De resultaten van hun tests tonen aan dat de cellen gekweekt binnen het HICA-V-platform kenmerken vertoonden die vergelijkbaar zijn met die van natuurlijke eilandjes. De geprinte versies lieten een verhoogde insulineproductie zien. Bovendien konden de ingenieurs pathologische reacties reproduceren die bij diabetische omstandigheden worden waargenomen.

De resultaten laten zien dat de printmethode de structuur en functie van de menselijke endocriene pancreas kan produceren. Het stelde de geprinte cellen in staat om volledig uit te groeien tot werkende eilandjes, waardoor de deur wordt geopend voor geavanceerd onderzoek en behandelingen van de nieuwe generatie.

Voordelen van diabetesbehandeling

Er zijn verschillende voordelen die dit onderzoek tot een enorme doorbraak maken. Ten eerste biedt het een stabiele en gemakkelijk toegankelijke testoptie voor farmaceutische bedrijven en zorgprofessionals die de effectiviteit van hun behandelingen willen monitoren.

Een ander groot voordeel is de mogelijkheid om met een 3D-printer te creëren. Deze aanpak is stabieler en makkelijker toegankelijk. Bovendien levert het reproduceerbare resultaten op die onmiddellijk kunnen worden gedeeld met andere onderzoekers die eilandjes voor hun studies willen maken.

Maak kennis met het onderzoeksteam

Het diabetesbehandelingsrapport werd geleid door POSTECH-professor Jonah Jang. Daarnaast hebben Myungji Kim, Seungyeun Cho, Dong Gyu Hwang, In Kyong Shim, Song Cheol Kim, Jiwon Jang en Jinah Jang bijgedragen aan het onderzoek en het schrijven van het artikel.

Opmerkelijk is dat het project financiering ontving van verschillende bronnen, waaronder een subsidie van het Ministerie van Wetenschap en ICT, het Koreaanse Fonds voor Regeneratieve Geneeskunde gefinancierd door het Ministerie van Wetenschap en ICT, het Ministerie van Volksgezondheid en Welzijn, en het Alchemist-project gefinancierd door het Ministerie van Handel, Industrie & Energie.

Toepassingen en tijdlijnen

Er zijn verschillende toepassingen voor deze technologie. Ten eerste zal dit onderzoek en de verbeterde 3D-printmethode fungeren als een waardevol instrument voor diabetesonderzoek en medicijnontwikkeling. Het stelt ingenieurs in staat om hun medicijnen te testen op levende cellen om er zeker van te zijn dat ze een grondig begrip hebben van alle bijwerkingen en effectiviteit.

Deze aanpak zou de ontwikkeling van anti-diabetische geneesmiddelen moeten versnellen en de deur openen voor transplantaties van pancreatische eilandjes bij patiënten die geen insuline produceren. Deze cellen zullen wetenschappers ook helpen beter te begrijpen hoe externe factoren zoals vervuiling en het milieu invloed hebben op je pancreatische eilandjes.

Gezien de ernstige medische aandoeningen die diabetes kan veroorzaken, is er aanzienlijke steun om deze procedure door alle testfasen te leiden en zo snel mogelijk aan het publiek beschikbaar te maken. Daarom zou je deze technologie binnen de komende 5 jaar geïntroduceerd kunnen zien.

Bedrijven die vooroplopen in innovatie van diabetesbehandelingen

Diabetes behandelen is een grote business en farmaceutische bedrijven blijven zwaar investeren in het creëren van betere opties. Van bedrijven die thuisdiagnostiek aanbieden tot degenen die geneesmiddelen en behandelingen leveren, er zijn veel spelers in de diabetische gezondheidszorg. Hier is één bedrijf dat erin geslaagd is een niche te veroveren.

Halozyme Therapeutics, Inc

Halozyme Therapeutics (HALO ) betrad de markt in 1998 met als doel nieuwe methoden voor geneesmiddelafgifte te introduceren. Het bedrijf is gevestigd in San Diego, CA. Het ging in 2004 naar de beurs en is sindsdien uitgegroeid tot een dominante kracht in de biotechnologiesector.

Halozyme Therapeutics biedt een verscheidenheid aan producten, waaronder disruptieve geneesmiddelafgifte-methoden van de nieuwe generatie. De topproducten omvatten auto-injectorapparaten van de beste klasse. Deze eenheden zijn afgeleid van het gepatenteerde recombinante humane hyaluronidase-enzym (rHuPH20) dat de levering van injecteerbare biologics rechtstreeks vanuit een gebruiksvriendelijk apparaat mogelijk maakt.

Degenen die toegang willen krijgen tot de gezondheidszorgsectoren zouden meer onderzoek moeten doen naar Halozyme Therapeutics. Het bedrijf heeft een bewezen staat van succes en heeft de afgelopen vijf jaar aanzienlijke groei doorgemaakt. Momenteel bevindt HALO zich in een opwaartse trend, waarbij veel analisten voorspellen dat deze trend zal toenemen naarmate het bedrijf blijft verfijnen en nieuwe producten introduceert.

Laatste nieuws over Halozyme Therapeutics

Een helderdere toekomst voor diabetesbehandeling

Wanneer je het belang van dit onderzoek bekijkt, is het duidelijk dat veel mensen deze bevindingen kunnen gebruiken om verlichting van hun aandoening te bereiken. Diabetes is een ernstige ziekte, en naarmate het milieu en eetgewoonten blijven verslechteren, zal het aantal mensen dat aan deze aandoening lijdt toenemen. Daarom biedt deze studie een zeldzame kans om een beter inzicht te krijgen in hoe diabetes in de toekomst kan worden voorkomen en geëlimineerd.

Leer nu meer over andere coole HealthTec nu.

Studies geraadpleegd:

^{1. Kim, M., Cho, S., Hwang, D.G. et al. Bioprinting of bespoke islet-specific niches to promote maturation of stem cell-derived islets. Nat Commun 16, 1430 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56665-5}