Brigham生物工程師開發(fā)了一種增強(qiáng)對(duì)流的宏觀封裝裝置

全世界有超過(guò) 4000 萬(wàn)人患有 1 型糖尿病 (T1D)，這是一種自身免疫性疾病，其中胰腺中產(chǎn)生胰島素的 β 細(xì)胞被免疫系統(tǒng)破壞。今天，有幾種新興的 1 型糖尿病治療方法，包括宏封裝裝置 (MED)——設(shè)計(jì)用于容納和保護(hù)胰島素分泌細(xì)胞的隔室。就像騎士周圍的盔甲一樣，MED 保護(hù)其中的細(xì)胞免受攻擊(來(lái)自宿主免疫系統(tǒng))，同時(shí)允許營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)出，以便細(xì)胞能夠繼續(xù)生存。但 MED 有幾個(gè)限制，擴(kuò)大此類設(shè)備用于人類一直具有挑戰(zhàn)性。來(lái)自布萊根婦女醫(yī)院的一組研究人員與哈佛大學(xué)和馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的同事合作設(shè)計(jì)了一種對(duì)流增強(qiáng)型 MED (ceMED)，它可以持續(xù)為細(xì)胞提供所需的營(yíng)養(yǎng)并提高細(xì)胞負(fù)載能力，同時(shí)提高細(xì)胞存活率、葡萄糖敏感性和適時(shí)性胰島素分泌。在臨床前模型中，ceMED 在植入后兩天內(nèi)迅速對(duì)血糖水平做出反應(yīng)。結(jié)果發(fā)表在《美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院刊》上。

“由于最近的進(jìn)展，我們?cè)絹?lái)越接近擁有無(wú)限來(lái)源的 β 樣細(xì)胞，這些細(xì)胞可以通過(guò)分泌胰島素對(duì)葡萄糖作出反應(yīng)，但下一個(gè)挑戰(zhàn)是以微創(chuàng)和將具有最大功能的壽命，”通訊作者、臨床麻醉學(xué)、圍手術(shù)期和疼痛醫(yī)學(xué)首席研究員兼特聘主席杰夫卡普博士說(shuō)。“我們的設(shè)備在移植后表現(xiàn)出增強(qiáng)的細(xì)胞活力和最小的延遲。這是該系統(tǒng)強(qiáng)大的臨床前概念證明。”

當(dāng)前的 MED 是擴(kuò)散依賴性的——營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)通過(guò)裝置的外膜擴(kuò)散，只有一些細(xì)胞可以接受營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和氧氣，進(jìn)而分泌胰島素。ceMED 旨在通過(guò)連續(xù)流體流向封裝細(xì)胞提供對(duì)流營(yíng)養(yǎng)，使多層細(xì)胞能夠生長(zhǎng)和存活。該團(tuán)隊(duì)的原型具有兩個(gè)室 - 一個(gè)平衡室 (EqC) 從周圍收集營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，以及一個(gè)容納受保護(hù)細(xì)胞的細(xì)胞室 (CC)。EqC 被封閉在聚四氟乙烯中——一種帶孔的半透膜，允許流體進(jìn)入。圍繞 CC 的額外內(nèi)膜選擇性地允許營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)運(yùn)輸并防止免疫反應(yīng)。灌注的液體流過(guò)多孔中空纖維，以與植入物周圍組織相似的營(yíng)養(yǎng)濃度到達(dá) CC。中空纖維允許胰島素和葡萄糖自由通過(guò)，但不允許其中可能攻擊封裝細(xì)胞的關(guān)鍵免疫分子。

“干細(xì)胞衍生胰島用于治療自身免疫性或 1 型糖尿病的應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)轉(zhuǎn)向?qū)ふ乙环N方法來(lái)保護(hù)細(xì)胞免受免疫排斥并在移植后最大限度地提高它們的存活率和功能，”合著者道格梅爾頓說(shuō)，哈佛干細(xì)胞研究所干細(xì)胞與再生生物學(xué)系博士。“對(duì)流增強(qiáng)宏封裝很可能是實(shí)現(xiàn)所有這些目標(biāo)的可行方法。”

與傳統(tǒng)胰島素泵相比，該設(shè)備具有許多優(yōu)勢(shì)，允許細(xì)胞按需分泌胰島素，并在血糖水平下降時(shí)迅速停止分泌胰島素。在 1 型糖尿病的嚙齒動(dòng)物模型中，ceMED 增強(qiáng)了細(xì)胞的存活率和胰島素分泌，并且早在移植后兩天就開始降低血糖水平。

“ceMED 設(shè)備有可能成為一個(gè)自主系統(tǒng)，不需要不斷地重新填充和更換胰島素盒，”主要作者 Kisuk Yang 博士說(shuō)，他曾是卡普實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員，現(xiàn)在是卡普實(shí)驗(yàn)室生物工程系的教員。韓國(guó)仁川國(guó)立大學(xué)。

“由于它的響應(yīng)能力，這種設(shè)備和新穎的流量增強(qiáng)方法可能對(duì)‘脆性’糖尿病患者特別有用，他們的糖尿病導(dǎo)致血糖水平不可預(yù)測(cè)的波動(dòng)，”Eoin O'Cearbhail 博士(現(xiàn)就讀于都柏林大學(xué)學(xué)院)補(bǔ)充道。 ，愛爾蘭)，他是在卡普實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任博士后研究員期間幫助發(fā)展這一概念的合著者。該團(tuán)隊(duì)指出了將設(shè)備推向臨床所需的未來(lái)方向，包括擴(kuò)大細(xì)胞負(fù)載能力和優(yōu)化供人類使用的灌注流動(dòng)系統(tǒng)。

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