Optimization of a microfluidic device for the conformal encapsulation of pancreatic islets in Type 1 Diabetes

Type 1 Diabetes (T1D) is a chronic autoimmune disease characterized by the dysfunction or destruction of pancreatic β-cells, leading to insulin deficiency and, consequently, an altered control of blood glucose concentration (glycemia). Traditionally, the primary goal has been the management of T1D through the intensive injection of exogenous insulin, but innovative therapies are now offering the possibility of a cure. Among the most promising approaches, islet transplantation allows for a minimally invasive procedure, but it requires lifelong systemic immunosuppressive therapy to prevent rejection. To address these challenges, a potential strategy is the conformal coating encapsulation of single pancreatic islets within a selectively permeable membrane that conforms to their shape and size, resulting in a thin and uniform coating capable of protecting transplanted cells from immune attack while maintaining their physiological function. This study focuses on the optimization of a soft lithographic microfluidic device to achieve conformal encapsulation of pancreatic islets using a polyethylene glycol (PEG)-based hydrogel. The device was tested under different conditions, and various assays were performed to assess both the viability and functionality of encapsulated cells, as well as the integrity of the PEG shell. In vitro experiments demonstrated the formation of a thin coating around Nit-1 clusters and human islets, the two cellular models used. Notably, encapsulated human islets exhibited enhanced glucose-stimulated insulin release compared to controls, highlighting the potential of this approach.

Il diabete di tipo 1 (T1D) è una malattia autoimmune cronica caratterizzata dalla disfunzione o distruzione delle cellule β pancreatiche che porta a carenza di insulina e, di conseguenza, a un controllo alterato della concentrazione di glucosio nel sangue (glicemia). La gestione tradizionale del T1D si è concentrata principalmente sull'iniezione intensiva di insulina esogena. Tuttavia, negli ultimi anni, le terapie innovative stanno aprendo la strada a possibilità di cura più promettenti, che potrebbero migliorare notevolmente la qualità della vita dei pazienti e ridurre la dipendenza dalle iniezioni quotidiane di insulina. Tra gli approcci più promettenti, il trapianto di isole pancreatiche consente una procedura minimamente invasiva, ma richiede una terapia immunosoppressiva sistemica a vita per prevenire il rigetto. Per affrontare questa sfida, una potenziale strategia è l'incapsulamento delle singole isole pancreatiche mediante una membrana selettivamente permeabile che si adatta alla loro forma e dimensione. Il rivestimento finale risulta sottile, uniforme, conforme e capace di proteggere le cellule trapiantate dagli attacchi immunitari, mantenendo al contempo la loro funzione fisiologica. Questo studio si concentra sull'ottimizzazione di un dispositivo microfluidico, fabbricato tramite soft-litography, per ottenere questo incapsulamento conforme mediante un idrogelo a base di polietilenglicole (PEG). Il dispositivo è stato testato in diverse condizioni e sono stati eseguiti vari saggi per valutare sia la vitalità che la funzionalità delle cellule incapsulate, oltre all'integrità della capsula di PEG. Gli esperimenti in vitro hanno dimostrato la formazione di un rivestimento sottile attorno ai Nit-1 clusters e alle isole umane, i due modelli cellulari utilizzati. In particolare, le isole umane incapsulate hanno mostrato un rilascio migliorato di insulina, post stimolazione, rispetto ai controlli, evidenziando il potenziale di questo approccio.