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猪细胞裹上“膜”,成为治疗人类糖尿病的关键

2016/09/09 来源:生物探索
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导读
研究人员发现,在猪胰岛表面包裹一种纳米双层涂料,或成为人类胰岛素治疗的关键。这种纳米双层涂料解决了胰岛供体在国际运输过程中面临的障碍,目前研究人员正在进一步开展异种移植和同种移植体内试验。


伯明翰阿拉巴马大学(UAB)的研究人员正在探索如何通过在猪胰岛表面包裹一种保护剂来抵抗人类糖尿病,这种保护剂包含了能防止和预防免疫排斥反应的纳米双层膜。研究人员的最终目标是将猪的胰岛素生产细胞群移植到人类身上,以治疗人类1型糖尿病。

UAB的研究人员表示,这项临床工作已经开展了一年,目前这些隐形的胰岛素生产者(猪的胰岛)正用于糖尿病小鼠模型试验中。该研究由两个JDRF糖尿病基金会资助。UAB微生物学教授Fran Lund说,“这是一个典型的多学科项目,囊括了不同领域的专业知识,包括工程学、纳米材料学、免疫学和胰岛素移植等,此外还将基础科学和工程融入到糖尿病的治疗中。”

与人类胰岛供应稀缺相比,猪胰岛是一个能无限产生胰岛素的组织来源。本研究中使用的猪胰岛来自阿拉巴马大学的 Greg Korbutt团队,他们的研究已表明人类胰岛移植至脆性糖尿病免疫抑制患者体内可产生胰岛素独立性。Korbutt团队是胰岛素移植的引领者,开发了新型免疫抑制Edmonton 方案。

在胰岛表面包裹一种“膜”

胰岛的主要功能之一是生产胰岛素来调节血糖水平。在I型糖尿病中,生产胰岛素的β细胞被机体自身免疫系统攻击而遭破坏。为了保护胰岛移植供体,研究人员曾尝试在胰岛表面包裹上厚厚的凝胶或涂料,这种涂料使胰岛与共价或离子结合,然而,这些方法取得的成功均很有限。

然而,UAB的微生物学教授Hubert Tse以及高分子材料化学教授Eugenia Kharlampieva采取了不同的方法,他们利用更温和、更薄的涂料来包裹胰岛,这种涂料为5个双层仿生材料,厚度仅为30纳米。这些材料可作为物理屏障,消除活性氧,并抑制免疫反应。此外,涂层的厚度不妨碍营养物质和氧气进入细胞中。

几年来,Tse教授和Kharlampieva 教授合作致力于解决UAB将胰岛素供应给国际研究者遇到的难题,因为胰岛在3-5天的运输过程中往往会死亡或停止分泌胰岛素。然而,就是这种“膜”成为了他们解决问题的关键。

包裹着“膜”的猪胰岛,解决了人类糖尿病治疗难题

那么Tse-Kharlampieva团队利用的这种双层涂料能否保护胰岛并保持其功能和活力?研究人员介绍,这种涂料层与层之间是由氢键结合起来,主要作用力为极性基团之间的吸引力,他们认为这种结合方式比共价键和离子键更友好。

涂层中的其中一种物质为单宁酸,它是一种多酚,可清除具有破坏性的自由基。Tse多年来一直致力于研究氧化应激如何导致胰岛功能障碍以及如何影响1型糖尿病的自身免疫反应,因此他很好奇单宁酸清除自由基的能力是否有助于减轻自身免疫失调。

经过与Kharlampieva教授5年的合作之后,他得出了肯定的答案。

2012年,Tse-Kharlampieva合作团队在《 Advanced Healthcare Materials》杂志中公布了他们的结果:包含单宁酸的双层膜能顺利包裹在哺乳动物胰岛表面,并保持很高的化学稳定性;包裹双层涂料的胰岛能保持活力,β细胞的功能在体外至少能维持96小时;双层膜中间的空隙通过刺激巨噬细胞和T细胞抑制了促炎细胞因子 IL12-p70和干扰素-γ的合成。

2014年,该研究团队再次在《 Advanced Healthcare Materials》杂志中进一步揭示了这种双层膜的免疫调节作用,他们证实了这种双层膜具有抗氧化性和免疫抑制性。Kharlampieva说,“我们没有想到这种涂料会有这么多潜在的好处。”

下一步将进行体内试验

UAB研究人员下一步将开展同种移植和异种移植体内试验,以观察双层膜包裹的胰岛能否在降低排异反应风险的同时还能恢复对血糖的控制。异种移植是从一个物种移植到另一个物种,而同种移植是在同个物种中的不同成员进行移植。

在过去一年的试验中,UAB研究人员发现,包裹这种双层涂料的小鼠胰岛在免疫系统缺陷的糖尿病小鼠体内能存活且功能维持了40天。Tse 说,“我们发现它们还活着,并具有调节血糖的功能。”目前,该研究团队正在测试包裹这种双层涂料的猪胰岛或小鼠胰岛对免疫系统完整的糖尿病小鼠有何影响。

参考材料:

Stealth pig cells may hold the key to treating diabetes in humans

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