构建更好的生物人工胰腺

全世界有超过4000万人患有1型糖尿病(T1D)，这是一种自身免疫性疾病，患者的胰腺中产生胰岛素的β细胞被免疫系统破坏。今天，有几种新的和新兴的1型糖尿病的治疗方法，包括大胶囊装置(med)——设计用来容纳和保护胰岛素分泌细胞的隔间。就像骑士身上的盔甲一样，med保护里面的细胞不受攻击(来自宿主免疫系统)，同时允许营养物质进出，这样细胞就能继续存活。但药物治疗有一些局限性，将这种设备推广到人类身上一直是一项挑战。来自布里格姆妇女医院的一组研究人员与哈佛大学和马萨诸塞大学医学院的同事合作，设计了一种对流增强MED (ceMED)，它可以持续地将细胞浸泡在所需的营养物质中，提高细胞的负载能力，同时提高细胞存活率、葡萄糖敏感性和及时分泌胰岛素。在临床前模型中，ceMED在植入后两天内对血糖水平有快速反应。研究结果发表于美国国家科学院院刊．

“由于最近的进展，我们越来越接近于拥有无限的β样物质来源细胞可以通过分泌对葡萄糖做出反应胰岛素但下一个挑战是将这些细胞以一种微创的方式进入人体，并具有最大的功能，”通讯作者Jeff Karp博士说，他是临床麻醉学、围手术期和疼痛医学的首席研究员和特约主席。“我们的设备证明了移植后细胞活力的增强和最小延迟。这是该系统的一个强有力的临床前概念证明。”

目前的药物依赖于扩散——营养物质在设备的外膜上扩散，只有少数细胞可以接受营养物质和氧气，进而分泌胰岛素。ceMED被设计成通过持续的液体流动向被囊细胞提供对流营养物，允许多层细胞生长和存活。该团队的原型具有两个室——一个平衡室(EqC)从周围环境中收集营养物质，另一个细胞室(CC)容纳受保护的细胞。EqC被包裹在聚四氟乙烯中，这是一种半透膜，具有允许液体进入的孔。一个额外的内膜包围CC选择性地允许营养运输和保护免疫反应。灌注液体通过多孔中空纤维到达CC，其营养浓度与种植体周围组织的营养浓度相似。中空纤维允许胰岛素和葡萄糖自由通过，但不允许关键的免疫分子进入，从而攻击被包裹的细胞。

哈佛干细胞研究所干细胞与再生生物学系的Doug Melton博士说:“干细胞来源的胰岛应用于治疗自身免疫或1型糖尿病，现在已经发展到找到一种方法来保护细胞免受免疫排斥，并在移植后最大限度地提高它们的生存和功能。”“对流增强的宏封装可能是实现所有这些目标的可行方法。”

与传统的胰岛素泵相比，该装置有许多优点，它允许细胞按需分泌胰岛素，并在血糖水平下降时迅速停止分泌胰岛素。在1型糖尿病的啮齿类动物模型中，ceMED提高了细胞的存活率和胰岛素分泌，并在移植后两天就开始降低血糖水平。

“ceMED设备有潜力成为一个自主系统，不需要不断地补充和更换胰岛素筒，”该研究的第一作者Kisuk Yang博士说，他曾是Karp实验室的博士后，现在韩国仁川国立大学生物工程系的教师。

Eoin O' cearbhaill博士(现就职于爱尔兰都柏林大学)补充道:“由于其响应能力，这种设备和新颖的血流增强方法可能对‘脆性’糖尿病患者特别有用，这些患者的糖尿病导致血糖水平不可预测的波动。”Eoin O' cearbhaill博士是卡普实验室博士后工作期间帮助开发这一概念的合著者。该团队指出，未来需要追求的方向将该设备带到临床，包括扩大细胞负载能力和优化人体使用的灌注流系统。

“总的来说，这些结果突出了ceMED比现有的基于扩散的设备(包括改进的设备)的显著优势细胞生存随着时间的推移，纤维封装减少会损害功能，胰岛素分泌的开关速度加快。”Karp说。“这种方法有可能提高β细胞替代疗法的成功，帮助许多T1D患者和他们的家人管理这种具有挑战性的疾病。”

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