Bioprintning av islet öppnar dörren för mer effektiv diabetesbehandling

A recent study released by researchers from Pohang University of Science and Technology (POSTECH) opens the door for more effective diabetes research and treatment. The new approach leverages bioprinting to recreate pancreatic islet maturation. This development has the potential to help scientists gain a deeper understanding of the complexities of diabetes and save millions of lives.

Vad är diabetes

Diabetes är ett kroniskt hälsotillstånd som kännetecknas av förhöjda nivåer av glukos (socker) i blodet. Detta sker antingen för att bukspottkörteln inte producerar tillräckligt med insulin – ett hormon som hjälper till att föra glukos från blodomloppet in i cellerna – eller för att kroppens celler inte svarar korrekt på insulin. Glukos är en viktig energikälla för kroppen, och insulin spelar en avgörande roll för att reglera dess nivåer.

När detta system fungerar fel samlas glukos i blodomloppet istället för att användas effektivt av cellerna. Med tiden kan ihållande högt blodsocker leda till allvarliga komplikationer, inklusive skador på nerver, hjärta, njurar, ögon och blodkärl.

Globalt sett är diabetes ett växande problem. Enligt International Diabetes Federation lever ungefär 10,5 % av världens vuxna befolkning med någon form av sjukdomen. I USA visar färsk data från Centers for Disease Control and Prevention (CDC) att omkring 38,1 miljoner människor – eller cirka 11,6 % av befolkningen – har diabetes. Risken att utveckla tillståndet ökar med åldern, och förekomsten tenderar att vara högre i utvecklade länder, men den ökar också kraftigt i utvecklingsregioner.

Det finns flera typer av diabetes, men de två vanligaste är typ 1 och typ 2.

Typ 1-diabetes

Typ 1-diabetes är ett autoimmunt tillstånd där kroppens immunsystem av misstag attackerar och förstör de insulinproducerande betacellerna i bukspottkörteln. Som ett resultat producerar kroppen lite eller inget insulin, vilket gör att den inte kan reglera blodsockernivåerna naturligt. Detta leder till att glukos samlas i blodomloppet.

Typ 1-diabetes diagnostiseras ofta hos barn och unga vuxna, vilket är anledningen till att den historiskt har kallats ”juvenil diabetes”. Den kan dock utvecklas i alla åldrar. Personer med typ 1-diabetes kräver daglig insulinterapi hela livet, eftersom det för närvarande ingen bot finns. Denna form av diabetes står för cirka 5–10 % av alla diagnostiserade diabetesfall.

Typ 2-diabetes

Typ 2-diabetes är den vanligaste formen av diabetes globalt. Den uppstår när kroppen blir resistent mot insulin eller när bukspottkörteln inte producerar tillräckligt med insulin för att möta kroppens behov. Till skillnad från typ 1, som är autoimmun, är typ 2 i stor utsträckning förknippad med föränderliga riskfaktorer såsom övervikt, dålig kost, fysisk inaktivitet och högt blodtryck – även om genetisk predisposition också spelar en roll.

Typ 2-diabetes utvecklas vanligtvis gradvis, ofta över många år, och kan initialt gå obemärkt förbi. Livsstilsförändringar såsom förbättrad kost, ökad fysisk aktivitet och viktkontroll är de första behandlingsstegen och kan avsevärt minska risken eller sjukdomens progression. I vissa fall kan även orala läkemedel eller insulinterapi vara nödvändiga.

Aktuell forskning och behandlingar för diabetes

The most common form of diabetes treatment is insulin shots or medications that make the body more sensitive to insulin. This approach has proven effective in preventing the disease from worsening. However, it requires lifelong shots, resulting in high treatment costs that never solve the cause of the ailment.

Recognizing the lack of a cure, scientists have begun attempting to recreate the conditions that allow diabetes to form. In this type of research, stem cells are used to generate pancreatic cells. These lab-grown cells allow drug manufacturers and treatment specialists to trial options without the need for a patient. As such, they are a vital component in the battle against diabetes.

Begränsningar med nuvarande diabetesbehandlingar

Years of research have shown that it’s very difficult to recreate the environment of your pancreas in a manner that’s stable enough to utilize for research and testing. Engineers in the past noted that the lab-grown stem cell (SC)-derived pancreatic cells didn’t perform like their natural counterparts.

Researchers determined that this behavior was due to a lack of key characteristics found in the three-dimensional extracellular microenvironment and peri-vasculature of the pancreas. Thankfully, a team of innovative engineers has put forth a new approach that solves this issue, opening the door for more effective treatments.

Översikt av POSTECH-studien

The study “Bioprinting of bespoke islet-specific niches to promote maturation of stem cell-derived islets“¹ published in Nature Communications introduces a novel method of creating pancreatic islets. The strategy relies on a printing technique that promotes the functional coordination of the pancreatic islets, extracellular matrix (ECM), and vasculature.

Source – POSTECH

Pankreatiska islet

Pankreatiska islet ansvarar för att utsöndra insulin för att hålla blodsockernivåerna i schack. Dessa islet innehåller många endokrina hormonceller som spelar en viktig roll i kroppens utveckling och funktion. Specifikt hittar man insulinproducerande β‑celler, glukagonproducerande α‑celler och somatostatinproducerande δ‑celler.

Extracellulär matrix (ECM)

Noterbart sitter de pankreatiska islet inom en extracellulär matrix (ECM) som är fylld med proteiner och biomolekyler som är avgörande för den strukturella och biokemiska tillväxten av dina celler. Därför kan varje störning av ECM:n negativt påverka kroppens glukosproduktion.

Forskning visar dessutom att din ECM endast består av cirka 2 % av basalmembran (BM)-proteiner. Dessa proteiner har visat sig vara avgörande för glukosproduktionen, där de ansvarar för att stabilisera ECM‑bindningsaffiniteten hos endokrina celler och integrinsignalering.

Vaskulatur

Ett omfattande nätverk av vener förser dina pankreatiska islet och ECM med blodflöde. Denna vaskulatur hjälper till att förse ECM med de näringsämnen den behöver för att stödja islet och deras huvuduppgift att utsöndra insulin för att sänka blodsockernivåerna.

3D-bioprintningens roll i studien

Bioprintning är en form av 3D-utskrift som använder levande växande material. Den kan användas för att tillverka komplexa bio‑miljöer som är idealiska för testning och forskningsändamål. I denna studie skapar ingenjörerna bioprintningsbaserad geometrisk vägledning för att återuppbygga den rumsliga arrangemanget av naturliga islet‑periferier.

HICA-V-plattformen

Den nya utskriftsstrategin som kallas HICA-V kan skapa stamcell‑deriverade isletceller tillsammans med vaskulära strukturer, precis som de som finns i kroppen. Systemet använder geometrisk vägledning för att återuppbygga det rumsliga mönstret av islet‑periferier. Denna strategi gjorde det möjligt för ingenjörerna att återskapa pankreatiska förhållanden på ett sätt som tillät islet att utvecklas fullt ut.

Dessutom beskriver studien hur teamet bioengineerade levande‑liknande pankreatiska nischer. De uppnådde detta genom att kombinera rätt pankreatisk vävnadsspecifik extracellulär matrix och basalmembran‑proteiner.

PINE-bioink: Återskapande av den pankreatiska miljön

Teamet behövde skapa en ny typ av bioink för att uppnå sitt mål att återskapa pankreatiska islet‑förhållanden. För att utföra detta utvecklade forskarna en specialiserad bioink kallad PINE (Peri‑islet Niche‑like ECM).

Denna ink‑variant innehåller viktiga komponenter för islet‑tillväxt, såsom en ECM komplett med basalmembran‑proteiner. Intressant nog skapar ingenjörerna inket med hjälp av extrakt från verklig pankreatisk vävnad för att erhålla laminin och kollagen IV.

Experimentella procedurer och testning

Teamet skapade flera tester för att säkerställa att deras upptäckt var korrekt. De började med att förbereda avcellulerad grisköttspankreatisk vävnad. De använde också en aggregeringsprocess med spinnerflaskor för att generera islet‑liknande kluster som var mycket lika naturliga versioner.

Resultat av POSTECH-studien

Resultaten av deras tester visar att cellerna som odlades inom HICA-V-plattformen uppvisade egenskaper jämförbara med naturliga islet. De utskrivna versionerna visade ökad insulinproduktion. Dessutom kunde ingenjörerna reproducera patologiska svar som ses i diabetiska tillstånd.

Resultaten visar att utskriftsmetoden kan producera strukturen och funktionen hos den mänskliga endokrina pankreaten. Den gjorde det möjligt för de utskrivna cellerna att fullt utvecklas till fungerande islet, vilket öppnar dörren för avancerad forskning och moderna behandlingar.

Fördelar med diabetesbehandling

Det finns flera fördelar som gör denna forskning till ett stort genombrott. För det första ger den ett stabilt och lättillgängligt testalternativ för läkemedelsföretag och vårdpersonal som vill övervaka effektiviteten av sina behandlingar.

En annan stor fördel är möjligheten att skapa med en 3D‑skrivare. Detta tillvägagångssätt är mer stabilt och enklare att nå. Dessutom ger det duplicerbara resultat som kan delas omedelbart med andra forskare som vill skapa islet för sina studier.

Möt forskarteamet

Diabetesbehandlingsrapporten leddes av POSTECH‑professor Jonah Jang. Dessutom assisterade Myungji Kim, Seungyeun Cho, Dong Gyu Hwang, In Kyong Shim, Song Cheol Kim, Jiwon Jang och Jinah Jang i forskningen och skrivandet av artikeln.

Projektet fick finansiering från olika källor, inklusive ett bidrag från Ministeriet för vetenskap och IKT, det koreanska fondet för regenerativ medicin finansierat av Ministeriet för vetenskap och IKT, Ministeriet för hälsa och välfärd samt Alchemist‑projektet finansierat av Ministeriet för handel, industri & energi.

Tillämpningar och tidslinjer

Det finns flera tillämpningar för denna teknik. För det första kommer denna forskning och den förbättrade 3D‑utskriftmetoden att fungera som ett värdefullt verktyg för diabetesforskning och läkemedelsutveckling. Den kommer att låta ingenjörer testa sina läkemedel på levande celler för att säkerställa att de har en solid förståelse för alla biverkningar och effektivitet.

Detta tillvägagångssätt bör påskynda utvecklingen av anti-diabetiska läkemedel och öppna dörren för pankreatiska islet‑transplantationer hos patienter som saknar insulinproduktion. Dessa celler kommer också att hjälpa forskare att bättre förstå hur yttre faktorer som föroreningar och miljön påverkar dina pankreatiska islet.

Med tanke på de allvarliga medicinska tillstånd som diabetes kan leda till, finns det betydande stöd för att driva detta förfarande genom alla testfaser och till allmänheten så snart som möjligt. Därför kan du förvänta dig att denna teknik introduceras inom de kommande fem åren.

Företag som leder innovation inom diabetesbehandlingar

Behandling av diabetes är en stor affär och läkemedelsföretag fortsätter att investera kraftigt i att skapa bättre alternativ. Från företag som erbjuder hemtestning till de som levererar läkemedel och behandlingar, finns det många aktörer inom den diabetiska vårdsektorn. Här är ett företag som har lyckats skapa en nisch.

Halozyme Therapeutics, Inc

Halozyme Therapeutics (HALO ) gick in på marknaden 1998 med målet att introducera nya läkemedelsleveransmetoder. Företaget är baserat i San Diego, CA. Det börsnoterades 2004 och har sedan dess vuxit till att bli en dominerande kraft inom biotekniksektorn.

Halozyme Therapeutics erbjuder en rad produkter inklusive moderna, disruptiva läkemedelsleveransmetoder. Dess främsta produkter inkluderar förstklassiga auto‑injektordevices. Dessa enheter är baserade på det patenterade rekombinanta mänskliga hyaluronidasenzymer (rHuPH20) som möjliggör leverans av injicerbara biologiska läkemedel direkt från en användarvänlig enhet.

De som vill få tillgång till hälsosektorn bör göra mer research om Halozyme Therapeutics. Företaget har en bevisad framgångshistoria och har sett betydande tillväxt under de senaste fem åren. För närvarande är HALO på en uppåtgående trend, och många analytiker förutspår att denna trend kommer att öka när företaget fortsätter att förfina och introducera nya produkter.

Senaste om Halozyme Therapeutics

En ljusare framtid för diabetesbehandling

När du granskar vikten av denna forskning är det lätt att se att många människor kan använda dessa resultat för att få lindring från sina tillstånd. Diabetes är en allvarlig sjukdom, och i takt med att miljön och matvanorna försämras kommer antalet drabbade att öka. Därför erbjuder denna studie en sällsynt möjlighet att få en bättre förståelse för hur man kan förebygga och eliminera diabetes i framtiden.

Läs om annan spännande HealthTec nu.

Studier som refereras:

^{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}