糖尿病

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人工β细胞智能调节血糖水平 有望引领糖尿病治疗新方式

来源:康健新视野 2017-11-06 11:27

 

 

美国北卡罗莱纳大学(UNC)和北卡州立大学(NCSU)联合生物医学工程系教授顾臻带领团队开发了一种人造β细胞,可以根据血液中的葡萄糖水平,释放胰岛素。

治疗1型糖尿病和某些2型糖尿病需要长期进行痛苦和频繁的胰岛素注射或使用机械的胰岛素泵。相比于这两种方式,来自顾臻团队的人造β细胞是一种更有利于病人的选择:当葡萄糖水平升高时,人造细胞会自动释放胰岛素到血液中。

这些“人造β细胞”模拟人体的天然血糖控制器——分泌胰岛素的胰腺β细胞的功能。这些细胞的丧失或功能障碍会导致1型糖尿病和2型糖尿病。研究人员的想法是可以让这些人工β细胞通过皮下植入到患者的体内,可以每隔几天进行替换,例如通过无痛的一次性的皮肤贴片来实现。

研究人员将这篇文章发表在了《Nature Chemical Biology》上。在动物研究中,一次性注入人工β细胞到缺乏β细胞的糖尿病小鼠体内,可以快速使得实验动物的血糖正常化,并可以持续维持正常水平长达5天的时间。

“我们现在的计划是在大型动物中进一步优化和测试这些合成细胞,为他们开发一个皮肤贴片递送系统,并最终在糖尿病患者身上进行测试,”联合UNC / NC国家生物医学工程学系的教授顾臻博士说。顾臻还在UNC医学院,UNC Eshelman药学院,以及UNC糖尿病护理中心任职。

在美国,至少有600万人使用胰岛素进行糖尿病治疗,他们往往使用注射方式或者是机械泵。到目前为止,以药丸形式递送胰岛素是具有挑战性的,因为它是一个很大的分子,在它到达血液之前会被消化酶和酸破坏。

然而,目前胰岛素治疗的主要问题不是不能口服,而是不能像正常分泌胰岛素的胰腺细胞那样,自动有效地控制血糖水平。在某些情况下,胰腺细胞的移植可以解决这个问题。然而,这种细胞移植昂贵,需要供体细胞经常短缺,且需要免疫抑制药物,而且常常由于移植细胞的损坏而失败。

在过去10年的大部分时间里,顾臻和同事一直在研究解决胰岛素输送问题的方法。对于这个项目,他们采用了一种特别有野心的方法:制造人造细胞,在很大程度上,能够替代天然胰腺细胞的工作。顾臻的人造β细胞是采用一个简化版的正常细胞双层脂质膜。关键的创新是这些细胞中所包含的经过特殊设计的胰岛素填充小泡。血糖水平上升时,会导致囊泡膜的化学变化,囊泡会开始与人造β细胞的外膜融合,从而释放胰岛素到血液中。

“这是首次演示使用这样一个囊泡融合过程提供胰岛素的,内含胰岛素的囊泡与真正β细胞中的极为相似,它能够重现β细胞传感葡萄糖和响应胰岛素分泌的功能,“Zhaowei Chen说,他是文章的第一作者,也是顾臻实验室的博士后研究员。

在实验室培养皿试验中,以及在缺乏β细胞糖尿病小鼠试验中,人造β细胞显示了对过高葡萄糖水平的快速响应能力。“小鼠在一个小时内从高血糖变为正常血糖,在那之后的五天里,它们仍然保持着正常血糖水平,”顾臻说。对照组小鼠注射不含有胰岛素的人造β细胞,而保持高血糖的水平。

顾臻教授和同事们计划进行进一步的临床前测试,并希望开发一种方法,通过一个可以简单替换的皮肤贴片来无痛地递送这些细胞。这种人造β细胞有望引领糖尿病治疗的新方式。(生物谷Bioon.com)

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