告别每日打针!“不一样”的皮下移植,有望逆转1型糖尿病
2018/09/10
让1型糖尿病患者摆脱每日繁琐的血糖监控以及胰岛素注射,这是很多科学家都在努力克服的难题之一。现在,一研究团队提出可能的解决策略:将胰腺细胞混入胶原蛋白中,再通过皮肤注射,或可达到“一劳永逸”的效果。


图片来源:Pixabay

1型糖尿病是一种免疫系统疾病,源自免疫系统攻击胰腺中的胰岛β细胞。后者是分泌胰岛素、调控血糖平衡的关键细胞。一旦β细胞遭受破坏,患者容易缺乏足够的激素来控制血糖水平。

科学家们设想,通过移植胰岛细胞或可逆转这一缺陷,但是却困难重重。近日,《American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism》期刊发表了这一篇题为“In-situ type I oligomeric collagen macroencapsulation promotes islet longevity and function in vitro and in vivo”的文章,揭示了一种微创治疗方法,有望逆转1型糖尿病。

来自普渡大学和印第安纳大学的科学家们合作研发了一种混合有胰腺细胞的胶原蛋白配方。在小鼠试验中,通过移植这一溶液可以在24小时内成功逆转1型糖尿病,并能够维持至少90天的正常胰岛素水平。

文章一作Clarissa Hernandez Stephens 将胶原蛋白比喻成“特洛伊木马”(Trojan horse),可以装载用于移植的胰岛细胞。


https://doi.org/10.1152/ajpendo.00073.2018

改变移植的范式

迄今为止,20年的研究和临床试验并没有产生有效的胰岛移植疗法,因为需要很多的捐赠者,而且目前通过肝门静脉输送胰岛的方法太过侵入性,以至于人体免疫系统容易排斥很大一部分的外源胰岛组织。

在这项新研究中,团队做了巧妙的改变:首先,利用胶原蛋白溶液包裹胰岛;其次,通过皮肤注射而不是肝脏。

“传统上,我们在动物的肝脏中移植胰岛,而不是皮下移植。这很大程度上是因为皮肤欠缺肝脏输送胰岛素的血液环境。而且,皮肤中有很多免疫细胞,所以发生排斥反应的几率很高。”印第安纳大学医学院糖尿病研究中心主任、儿科教授Raghu Mirmira解释道。

为了解决这一瓶颈,他们尝试将胰岛与胶原蛋白溶液彻底混合,以便消除肝脏移植的需要。皮下注射后,溶液会凝固。身体会进一步识别胶原蛋白,并为其提供血液从而维持胰岛素和葡萄糖的平衡。

微创治疗

新疗法属于微创治疗,类似于打针。” 普渡大学生物医学工程和基础医学教授 Sherry Voytik Harbin表示道。

为了验证可行性,研究团队选取了双胞胎小鼠和非双胞胎小鼠作为模型。结果显示,如果小鼠供体和受体是双胞胎,治疗后的患病小鼠至少可以坚持90天不需要胰岛素注射。如果不是双胞胎,小鼠同样可以维持至少40天正常的血糖水平。无论双胞胎与否,几乎所有移植的胰岛都存活下来了。


最新研究成功将混合有胰腺细胞的胶原溶液注入糖尿病小鼠体内。结果显示,至少在90天内,小鼠能够维持正常的血糖水平。(图片来源:普渡大学)

下一步

研究人员计划,下一步将在患有糖尿病的狗身上验证这一疗法。在美国,每100只伴侣动物中就有一只患有1型糖尿病。同时,约有125万美国人(包括儿童和成年人)深受这一疾病困扰。

“每天我需要给狗狗注射两次胰岛素,这往往会影响到我的个人生活。不用打针意味着自由。” Jan Goetz表示道,他养的狗(Lexi)患有糖尿病。

印第安纳州居民David Taylor与1型糖尿病抗争了近50年。“糖尿病是我18岁的生日礼物,自我第一次注射胰岛素以来,管理糖尿病成了我另一份‘全职工作’。过去50年,糖尿病治疗方案有了很大的进步,但是依然离不开胰岛素注射等。每隔几个月注射一次有望让我恢复到成年后从未拥有过的正常生活。” David Taylor期待道。

因为狗患糖尿病的情况与人类相似,所以治疗方法基本上都是一样的:每天都需要监测血糖水平,饭后需要注射胰岛素。这意味着,狗和人类可能会从同样的治疗中获益——移植新的胰腺细胞取代有缺陷的胰岛组织。

此外,研究人员还计划在以糖尿病小狗为模型时,将探索移植猪胰岛或者胰岛素制造干细胞的可行性。他们希望,这两种方法都能进一步增加供体的可选择性。

责编:悠然

参考资料:

New type 1 diabetes therapy shows promise for long-term reversal in both humans, dogs

In-situ type I oligomeric collagen macroencapsulation promotes islet longevity and function in vitro and in vivo

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  • In-situ type I oligomeric collagen macroencapsulation promotes islet longevity and function in vitro and in vivo

    Widespread use of pancreatic islet transplantation for treatment of type 1 diabetes (T1D) is currently limited by requirements for long-term immunosuppression, limited donor supply, and poor long-term engraftment and function. Upon isolation from their native microenvironment, islets undergo rapid apoptosis, which is further exacerbated by poor oxygen and nutrient supply following infusion into the portal vein. Identifying alternative strategies to restore critical microenvironmental cues, while maximizing islet health and function, are needed to advance this cellular therapy. We hypothesized that biophysical properties provided through type I oligomeric collagen macroencapsulation are important considerations when designing strategies to improve islet survival, phenotype, and function. Mouse islets were encapsulated at various Oligomer concentrations (0.5 to 3.0 mg/mL) or suspended in media and cultured for 14 days, after which viability, protein expression, and function were assessed. Oligomer-encapsulated islets showed a density-dependent improvement in in-vitro viability, cytoarchitecture, and insulin secretion, with 3 mg/mL yielding values comparable to freshly isolated islets. For transplantation into streptozotocin-induced diabetic mice, 500 islets were mixed in Oligomer and injected subcutaneously, where rapid in-situ macroencapsulation occurred, or injected into saline. Mice treated with Oligomer-encapsulated islets exhibited rapid (within 24 hours) diabetes reversal and maintenance of normoglycemia for 14 (immunocompromised), 90 (syngeneic), and 40 days (allogeneic). Histological analysis showed Oligomer-islet engraftment with maintenance of islet cytoarchitecture, revascularization, and no foreign body response. Oligomer-islet macroencapsulation may provide a useful strategy for prolonging the health and function of cultured islets and has potential as a subcutaneous injectable islet transplantation strategy for treatment of T1D.

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