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澳大利亚科学家发明“智能蛋盒”,将有望治愈糖尿病!

来源:Medicalxpress/sunshine2015 2018-04-15 21:13



我们开发了“智能蛋盒”包装,用于将活的人类胰腺细胞移植到糖尿病患者体内。蛋盒提供氧气并允许物理分离,以防止运输过程中细胞(称为胰岛细胞)的损伤和死亡。

除了整个胰腺移植(其具有高死亡率)之外,目前唯一的治疗糖尿病的方法是胰岛细胞移植。这是一个适用于复杂1型糖尿病患者的程序。

尽管数百名患者成功接受了供体胰岛细胞,但如果更多的细胞在最初的清除和运输阶段中存活下来,细胞存活率和有效的移植率将大大提高。我们的技术解决这个问题。

胰岛移植可以治愈糖尿病

在患有1型糖尿病的患者中,胰腺不能产生胰岛素,胰岛素是负责葡萄糖代谢的激素。因此,这些患者需要不断监测血糖水平,并全天使用胰岛素注射进行调整。

长期来看,血糖水平不稳定对患者的健康有重大影响,主要是由于导致眼,肾,神经和心血管系统疾病的非常小的血管的变化。

正常情况下,胰岛素是由β细胞产生的(发音为“β细胞”)。 β细胞存在于胰腺中,称为“胰岛”。与β细胞一起,胰岛内的其他细胞也产生独特和特异的激素。这些细胞一起起着调节血糖水平的作用。

在20世纪80年代后期,当卡米洛·里科迪博士设计出一种可行的方法来分离所需数量的这些细胞时,将健康胰岛移植到糖尿病患者的想法成为了现实。现在随着抗排斥药物疗法的改进,胰岛移植被用于治疗1型糖尿病:全世界数百名患者接受了移植。

胰岛移植需要单个锁孔手术来将胰岛精确定位在患者腹部内,通常需要快速恢复。

需求高但可用性低

与任何移植手术一样,胰岛移植受到少量器官捐献者和患糖尿病人数增加的拖累(全球超过4.25亿人)。

但还有另一个限制因素—— 一旦与胰腺分离,胰岛非常脆弱,在移植前多达35%会死亡。

预计移植胰岛的存活率将显着改善患者的可用性和临床结果。

皇家阿德莱德医院肾脏和胰岛移植主任帕特里克(托比)科茨说:“如果我们能够在移植前保留更多的胰岛,患者在大多数情况下只需要一次移植,今天我们需要多个器官供体和移植手术治疗一名糖尿病患者。”

捐献者(已同意器官捐献的死者)的数量以及捐献者对患者的免疫匹配,移植的数量每年都有所不同。

治疗更多患者:挑战

当从捐献者收集胰脏时,需要特定的程序来提取位于胰脏内的胰岛。这种隔离只能在配备有精密设备的无菌设施(免受污染)下进行。

在澳大利亚,与其他国家一样,隔离集中在墨尔本和悉尼,然后将胰岛运送到不同的移植中心。但是由于胰岛由代谢速度非常快的细胞组成,它们需要大量的营养和氧气。如果没有这些,细胞就不会产生胰岛素和用于调节血糖水平的其他激素。

一旦与宿主的血管断开,胰岛迅速开始挨饿和窒息,这两者都降低了细胞存活的机会。

改善胰岛运输

世界各地的许多实验室都在努力延长胰岛的保质期。我们开发了两种全新的技术来解决运输过程中胰岛死亡的原因——提供氧气和防止物理损伤。

第一个发展是一种便宜的涂层,一旦与胰岛接触就释放出氧气。我们已经表明,涂层可以为动物β细胞提供足够的氧气以在低氧环境中生存(如在运输过程中遇到的那样)。我们希望很快将这项技术应用于人类细胞保护和运输。

但这不是唯一的挑战:运输过程中胰岛的移动也会造成损害。目前,胰岛以袋子运送,其中胰岛自由漂浮在由所需细胞营养物组成的溶液中。随着袋子的移动,胰岛被震动并彼此反弹。这些相互作用会破坏胰岛。

在尝试了不同的生物材料并测试了几种包装形状之后,我们开发了一种类似蛋类的包装。这使球形胰岛彼此分离,并在运输过程中保持其活力。

导联图像显示使用荧光和扫描电子显微镜获得的两个图像的叠加。坐在“蛋箱”的井内的是亮绿色的胰岛细胞。

希望未来

我们利用这项技术,成功地运送了墨尔本和阿德莱德之间的动物和人类胰岛细胞,这些细胞平均每个挨饿挨了6个小时。我们的蛋箱包装改善了胰岛存活。

将这种技术转化为临床将有望提高运输过程中的胰岛存活率,并为更多的人群提供胰岛移植。现在这项技术需要扩大规模以容纳治愈病人所需的500,000个胰岛。

但是更大的挑战仍然是:改善移植后胰岛的长期存活。新的生物材料和先进的工程解决方案也可以帮助我们解决这个问题,包括支架的开发,这些支架可以增强移植后从血管到胰岛的营养物质和氧气的输送。

用悉尼大学的合作者Bernie Tuch的话说:“由生物相容材料制成的先进医疗装置可以在植入后保护胰岛,这可以进一步改善移植手术,并使更多的患者从这种治疗中受益。”(生物谷 Bioon.com)
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