顾臻教授:新型β细胞贴片,迈向糖尿病无痛治疗时代!-观察-生物探索
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顾臻教授:新型β细胞贴片,迈向糖尿病无痛治疗时代!

2016/03/18 来源:生物通/王英
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导读
现在,美国北卡罗来纳大学教堂山分校和北卡罗来纳州立大学华人学者顾臻带领的研究团队,发明了一种合成的补丁贴片,装满天然β细胞,能分泌所需剂量的胰岛素来控制血糖水平,而没有诱导低血糖的风险。


几十年来,研究人员一直都在尝试复制β细胞的功能,这一微小的胰岛素生产细胞在糖尿病患者中不能正常工作。糖尿病患者依赖的胰岛素注射是痛苦的,而且往往是不完美的替代品。而移植的正常β细胞,会带来免疫抑制疗法的排斥或副作用的风险。

现在,美国北卡罗来纳大学教堂山分校和北卡罗来纳州立大学(UNC/NC State)的研究人员,发明了另一种选择:一种合成的补丁贴片,装满天然β细胞,能分泌所需剂量的胰岛素来控制血糖水平,而没有诱导低血糖的风险。

这一概念验证是基于该团队此前的一种创新技术——“智能胰岛素贴片”,去年发表在《PNAS》。这两种补丁都是薄的聚合物正方形,约一个硬币大小,上面覆盖着微小的针头,就像一个微型的钉子床。但是,前一种方法是用胰岛素人工泡沫填充这些针头,儿这种新的“智能细胞补丁”是使活的β细胞与针头结合在一起。

研究人员在1型糖尿病的小动物模型中,对这种无痛补丁进行了检测,发现它能迅速响应飞涨的血糖水平,并每次能显著降低血糖水平长达10小时的时间。这一研究结果发表在材料领域顶级期刊《Advanced Materials》。

这项研究的资深作者是UNC/NC State生物医学工程系助理教授顾臻,其带领的研究团队在去年取得了一系列的研究成果。他指出:“这项研究为这个棘手的排斥问题,提供了一种潜在的解决方案,长期以来这个问题一直困扰着糖尿病胰腺细胞移植研究。另外,它还表明,我们可以在身体生理信号和体外这些治疗性细胞之间建立一个桥梁,来控制血糖水平。”

β细胞通常位于胰腺,在那里它们作为人体的天然胰岛素生产工厂。在健康人体内,它们生产、储存和释放胰岛素,以帮助处理餐后积累在血液中的糖。但是在患有糖尿病的人群中,这些细胞要么受损,要么无法产生足够的胰岛素来控制血糖水平。

糖尿病影响全球超过3亿8700万人,到2030年该数字预计将增长至5亿。1型和晚期2型糖尿病患者必须定期监测血糖,并注射不同量的胰岛素,这一过程是痛苦的,而且是不精确的。注射错误数量的胰岛素,可能导致重大并发症,如失明和截肢,甚至更多灾难性的后果,如糖尿病昏迷和死亡。

自20世纪70年代以来,研究人员已经研究了胰岛素生成细胞的移植,作为糖尿病的一种替代疗法。第一个成功移植β细胞的人是在1990年进行的,自那时以来,数百名糖尿病患者已经接受了手术。然而,只有一小部分治疗的患者达到了正常的血糖水平。大多数移植产生了排斥,用于抑制免疫系统的许多药物干扰了β细胞和胰岛素的活性。最近,研究人员一直在用实验方法,将β细胞封装在生物相容性的聚合物细胞中,这种细胞可以植入体内。

顾臻博士决定创建一种设备,让β细胞的血糖缓冲特性远离病人免疫系统达到的地方。本文第一作者、顾臻实验室的研究生Yanqi Ye,利用在化妆品和诊断中发现的天然材料,构建了“智能细胞片”。她将培养基和几千个已经封装进微囊(是由生物相容性的藻酸盐构成)的β细胞,塞入几千个微针中,每个微针大约是一根睫毛的大小。当应用于皮肤时,这些补丁的微针戳到毛细血管中,从而在内部环境和补丁贴片的外部细胞之间形成了一种连接。

Ye还制备了“葡萄糖信号放大器”,这是合成的纳米囊泡,里面塞满了三种化学品,以确保β细胞能“听到”来自血糖水平上升的信号,并作出相应的反应。

顾臻的研究小组发现,糖尿病小鼠的血糖水平迅速下降到了正常水平。为了评估这种补丁贴片是否能调节血糖,而不会降低太多,研究人员给小鼠又施用了一个补丁贴片。他们希望,重复施用补丁贴片,并没有产生过量剂量的胰岛素,因此没有危险的低血糖。相反,第二个补丁贴片将治疗时间延长到了20个小时。

在这种补丁贴片成为糖尿病患者一种可行的选择之前,还必须进行进一步的修改、预临床试验,并最终开展临床试验。但是现在,研究人员认为,他们的研究结果为一种比现有疗法更安全、而且更少麻烦的替代方法,提供了一种原则证明。

本文共同作者、UNC医学院医学教授、UNC糖尿病护理中心主任John Buse博士说:“对糖尿病患者来说,管理糖尿病这种疾病是艰辛的,因为一天24小时、一周七天,除了休息之外,他们都要考虑此事。这些智能胰岛素的方法是令人兴奋的,因为它们有望给患者一些时间,在糖尿病自我照顾的同时可以休息。这不是一种治疗,而是一个迫切需要的假期。”

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