治疗糖尿病的植入物成功产生氧气支持胰岛细胞

治疗糖尿病的植入物成功产生氧气支持胰岛细胞在大多数人体内，胰岛细胞产生维持适当血糖水平所需的胰岛素。不幸的是，1型糖尿病患者的免疫系统会破坏这些细胞，因此必须手动向血液中注射胰岛素。替代注射胰岛素的方法之一是植入从尸体上提取的胰岛细胞或从干细胞中提取的胰岛细胞。虽然在许多情况下这样做确实有效，但患者必须终生服用免疫抑制剂，以防止这些细胞被排斥。科学家们尝试将胰岛细胞包裹在微小的柔性植入物中，使细胞不受宿主免疫系统的影响，但仍允许这些细胞产生的胰岛素扩散到血液中。不过，这些植入物也会阻止维持生命的氧气进入细胞，这意味着这些细胞的寿命不会太长。一些植入物通过加入预装氧舱或产生氧气的化学试剂来解决这一缺陷。不过，随着时间的推移，氧气和试剂都会耗尽，因此必须更换或重新填充植入物。麻省理工学院和波士顿儿童医院的一个团队最近开发出一种新设备，以寻求一种更长期的替代方法。该装置中装有数十万个胰岛细胞和质子交换膜，质子交换膜能将水蒸气（自然存在于人体中）分成氢气和氧气。氢气无害扩散，而氧气则进入植入体的储存室。然后，储存室中的透气薄膜允许氧气流向含有胰岛细胞的储存室。图为植入体浸没在水中，产生氧气（下）和氢气（上）气泡麻省理工学院/波士顿儿童医院的ClaudiaLiu和SiddharthKrishnan博士触发水蒸气分裂作用需要一个很小的电压，这个电压可以通过无线方式从外部磁线圈传递到植入体的天线。线圈可以粘附在病人的皮肤上，紧邻植入部位。在对糖尿病小鼠进行的试验中，一组小鼠的皮下被植入了完全制氧型装置，另一组小鼠则接受了仅含有胰岛细胞的非制氧型装置。虽然两组啮齿动物最初的表现都很好，但非供氧组在大约两周内出现了高血糖。目前的计划是在更大的动物身上进行试验，然后在人身上进行临床试验。希望这项技术还能用于生产其他类型的治疗蛋白质，以治疗其他疾病。事实上，该设备已被用于支持细胞产生促红细胞生成素，这是一种刺激红细胞生成的蛋白质。这项研究的资深作者、麻省理工学院的丹尼尔-安德森教授说："有多种疾病的患者需要外源性地摄入蛋白质，有时甚至非常频繁。如果我们能用一种能长期发挥作用的单一植入物取代每隔一周输液一次的需要，我认为这确实能帮助很多病人"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1385065.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1385065.htm

新研发的皮下植入物无需抗排斥药物即可逆转1型糖尿病

新研发的皮下植入物无需抗排斥药物即可逆转1型糖尿病1型糖尿病患者体内的免疫系统会攻击并破坏胰腺中产生胰岛素的细胞，即胰岛细胞，从而阻止胰岛素的分泌，导致患者必须终生注射胰岛素或使用胰岛素泵。康奈尔大学和阿尔伯塔大学的研究人员合作创造了一种皮下植入物，既能分泌胰岛素，又能避免植入设备可能产生的免疫反应。该研究的通讯作者之一马明麟（音译）说："多年来，我收到了很多家长和患者的电子邮件和求助，1型糖尿病是一种非常糟糕的疾病，很多儿童都患有这种疾病。因此，我们真的很认真地想把它推向临床应用，推向有影响力的领域。"2017年，康奈尔大学农业与生命科学学院（CALS）的Ma开发出了"胰岛植入藻酸盐纤维线"（TRAFFIC），这是一种可拆卸的尼龙线植入物，内含数十万个胰岛细胞，由一层薄薄的藻酸盐水凝胶涂层保护，并插入腹腔。2021年，该植入物的更强大版本问世，可有效控制小鼠血糖长达六个月。马的植入物吸引了美国加州大学糖尿病研究员詹姆斯-夏皮罗的注意，他创造了一种方法，将胰岛细胞植入皮下通道，然后应用免疫抑制来保护它们。这项研究的另一位通讯作者夏皮罗说："我对Ma的方法的优点很感兴趣，因为它避免了免疫抑制的需要，我想知道我们是否可以把我们的两种创新策略结合起来，提高细胞的存活率。事实上，它成功了！通过将两者结合起来，它确实改善了移植细胞的皮肤部位，而无需使用抗排斥药物。"由此产生的合作成果就是SHEATH，即皮下寄主藻酸盐线。SHEATH植入过程分为两步。首先，将一根医用尼龙导管插入皮下，并在皮下停留四到六周。导管会引发受控的异物炎症反应，导致导管周围形成密集的血管网。移除导管后，基于藻酸盐的胰岛细胞播种装置就会插入已经形成的口袋或通道，周围的血管会为胰岛细胞提供所需的氧气和营养。"这条通道非常适合我们的设备，"马说。夏皮罗打了个比方："这就像一只戴着手套的手。把东西放在皮下比放在腹部要容易得多，创伤也小得多。它可以在门诊进行，所以你不必住院。它可以在局部麻醉下完成"。在糖尿病小鼠体内植入SHEATH系统后，病情得到了逆转，而无需使用免疫抑制剂。实验表明，该系统具有长期逆转糖尿病的强大能力，一些小鼠的高血糖纠正时间超过了190天。此外，该系统还可以根据血糖水平的升高，取出并更换失效的植入物。换上新的植入物后，血糖水平恢复正常。为了证实该系统的可扩展性，研究人员成功开发了在迷你猪体内实施SHEATH方法的程序，包括植入物的插入、移除和更换。研究人员承认，尽管SHEATH系统的功能很有前途，但在临床应用方面还需要克服更多的挑战。具体来说，需要确定可接受的导管长度，并确定解剖学上合适的植入部位。Ma说："我们面临的挑战是，要让这些胰岛细胞在体内长期保持功能是非常困难的，因为装置会阻塞血管，但众所周知，体内的原生胰岛细胞会与提供营养和氧气的血管直接接触。该装置的设计方式使我们可以最大限度地进行营养物质和氧气的大量交换，但我们可能需要提供额外的手段来支持细胞在大型动物模型和最终患者中的长期功能。"这些'额外手段'可能包括在设备中加入持续的氧气供应。Ma已经成立了一家新的康奈尔分拆公司PersistaBio，开发一种单独的装置，为细胞提供额外的氧气。尽管面临这些挑战，研究人员仍希望未来版本的植入装置能使用两到五年才需要更换。这项研究发表在《自然-生物医学工程》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1402453.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1402453.htm

麻省理工学院的自供氧植入物有望掀起糖尿病治疗的革命

麻省理工学院的自供氧植入物有望掀起糖尿病治疗的革命治疗1型糖尿病的一种很有前景的方法是植入能在需要时产生胰岛素的胰岛细胞，这样患者就不用频繁注射胰岛素了。然而，这种方法的一个主要障碍是，一旦植入细胞，它们最终会因缺氧而停止产生胰岛素。为了克服这一障碍，麻省理工学院的工程师们设计出了一种新型植入式装置，这种装置不仅携带了数十万个可产生胰岛素的胰岛细胞，而且还拥有自己的板载氧气工厂，可通过分裂人体内的水而产生氧气。研究人员的研究结果表明，将这种装置植入糖尿病小鼠体内，可使小鼠的血糖水平保持稳定至少一个月。研究人员现在希望能制造出更大版本的装置，大小与口香糖差不多，最终能在1型糖尿病患者身上进行测试。麻省理工学院的工程师们设计了一种植入式设备，它能携带数十万个胰岛细胞，并自带氧气工厂，以保持细胞健康。图片来源：FeliceFrankel研究团队的见解"你可以把它想象成一个由分泌胰岛素的人体细胞和电子生命支持系统组成的活体医疗设备。"麻省理工学院化学工程系教授、麻省理工学院科赫癌症综合研究所（KochInstituteforIntegrativeCancerResearch）和医学工程与科学研究所（IMES）成员、本研究的资深作者丹尼尔-安德森（DanielAnderson）说："我们对目前取得的进展感到兴奋，我们对这项技术最终能帮助病人感到非常乐观。"虽然研究人员的主要研究方向是糖尿病治疗，但他们表示，这种设备也可以用于治疗其他需要反复输送治疗蛋白的疾病。麻省理工学院研究科学家西达斯-克里希南（SiddharthKrishnan）是这篇论文的第一作者，论文最近发表在《美国国家科学院院刊》上。研究团队还包括麻省理工学院的其他几位研究人员，其中包括麻省理工学院大卫-科赫研究所教授、科赫研究所成员罗伯特-兰格（RobertLanger），以及波士顿儿童医院的研究人员。图为该装置浸没在水中，产生氧气（下）和氢气（上）气泡，无需任何电池或电线。图片来源：麻省理工学院/波士顿儿童医院ClaudiaLiu和SiddharthKrishnan博士提供当前糖尿病治疗面临的挑战大多数1型糖尿病患者必须仔细监测血糖水平，每天至少注射一次胰岛素。然而，这一过程并不能复制人体控制血糖水平的自然能力。安德森说："绝大多数胰岛素依赖型糖尿病患者都在为自己注射胰岛素，并尽了最大努力，但他们的血糖水平并不健康。如果你看看他们的血糖水平，即使是那些非常尽心尽力、小心谨慎的人，他们的血糖水平也无法与活体胰腺相比"。更好的替代方法是移植细胞，只要检测到病人的血糖水平激增，这些细胞就会产生胰岛素。一些糖尿病患者已经接受了从人类尸体上移植的胰岛细胞，从而实现了对糖尿病的长期控制；不过，这些患者必须服用免疫抑制药物，以防止身体对植入的细胞产生排斥反应。最近，研究人员利用从干细胞中提取的胰岛细胞也取得了类似的成功，但接受这些细胞的病人也需要服用免疫抑制剂。这张照片显示的是完全组装好的设备的阴极面，并用一枚美国25美分硬币表示比例。图片来源：麻省理工学院/波士顿儿童医院ClaudiaLiu和SiddharthKrishnan博士提供应对氧气供应挑战另一种可以避免使用免疫抑制剂的方法是将移植细胞封装在一个柔性装置中，以保护细胞不受免疫系统的影响。然而，为这些封装细胞找到可靠的氧气供应已被证明具有挑战性。一些实验性装置，包括一种已在临床试验中进行测试的装置，具有一个可以为细胞供氧的氧舱，但这个氧舱需要定期重新装载。其他研究人员开发出的植入物包括能产生氧气的化学试剂，但这些试剂最终也会耗尽。麻省理工学院的研究小组采用了另一种方法，即通过分裂水来无限生成氧气。这种方法是通过装置内的质子交换膜来实现的，质子交换膜是一种最初用于在燃料电池中产生氢气的技术。这层膜可以将水蒸气（人体内含量丰富）分成氢气和氧气，氢气会无害扩散，而氧气则会进入一个储存室，通过一层薄薄的透氧膜供给胰岛细胞。这种方法的一大优势是不需要任何电线或电池。分离这种水蒸气需要很小的电压（约2伏），这种电压是利用一种称为共振感应耦合的现象产生的。位于体外的调谐磁性线圈将电力传输到设备内的小型柔性天线，从而实现无线电力传输。它需要一个外部线圈，研究人员预计可以将其作为贴片佩戴在病人皮肤上。有希望的实验结果在制造出与美国25美分硬币差不多大小的设备后，研究人员在糖尿病小鼠身上进行了测试。一组小鼠接受了带有氧气生成和水分离膜的装置，另一组小鼠则接受了含有胰岛细胞的装置，但没有补充氧气。这些装置被植入具有完全功能性免疫系统的小鼠皮下。研究人员发现，植入制氧装置的小鼠能够维持正常的血糖水平，与健康动物相当。然而，接受非供氧装置的小鼠在大约两周内就出现了高血糖（血糖升高）。通常情况下，任何一种医疗设备植入人体后，免疫系统的攻击都会导致疤痕组织的堆积，这种疤痕组织被称为纤维化，会降低设备的有效性。这项研究中使用的植入物周围确实形成了这种疤痕组织，但该装置成功地控制了血糖水平，这表明胰岛素仍能从装置中扩散出来，葡萄糖也能进入装置。这种方法也可用于输送产生其他类型治疗蛋白的细胞，这些蛋白需要长期给药。在这项研究中，研究人员发现，这种装置还能让产生促红细胞生成素的细胞保持活力，促红细胞生成素是一种能刺激红细胞生成的蛋白质。未来展望安德森说："我们乐观地认为，有可能制造出能够驻留在体内并根据需要生产药物的活体医疗设备。有多种疾病的患者需要外源性服用蛋白质，有时甚至需要频繁服用。如果我们能用一种能长期发挥作用的植入物取代每隔一周输液一次的需要，我认为这确实能帮助很多病人。"研究人员现在计划调整该装置，以便在大型动物身上进行测试，最终在人类身上进行测试。为了供人类使用，他们希望开发出一种与口香糖大小差不多的植入物。他们还计划测试该装置是否能在体内保留更长的时间。克里希南说："我们使用的材料本身就很稳定，寿命也很长，所以我认为这种长期运作是有可能的，这也是我们正在努力的方向。"兰格补充说："我们对这些发现感到非常兴奋，我们相信这些发现有朝一日会为治疗糖尿病和其他疾病提供一种全新的方法。"这项研究得到了JDRF、LeonaM.andHarryB.Helmsley慈善信托基金和美国国立卫生研究院国家生物医学成像和生物工程研究所的资助。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1388913.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1388913.htm

以糖为动力的茶包式植入物成功释放胰岛素以控制1型糖尿病

以糖为动力的茶包式植入物成功释放胰岛素以控制1型糖尿病更重要的是，它与同一团队在2016年设计的人工β细胞相连接，在被触发时可以成功地产生和释放胰岛素。苏黎世联邦理工学院生物系统科学与工程系的MartinFussenegger说："这个新系统能自主调节胰岛素和葡萄糖水平，将来可用于治疗糖尿病。"在1型糖尿病中，身体不能产生足够的胰岛素，因此必须有外部供应的干预。目前的胰岛素泵和监测器也依赖于外部电源，如一次性使用的电池。燃料电池本身类似于一个比指甲盖稍大的茶袋，由无纺布覆盖并涂有海藻酸盐，这是一种藻类衍生产品，因其具有高度的生物相容性而被广泛用于生物医学。当植入皮肤下时，该细胞的海藻酸盐吸收了体液，使葡萄糖渗透到表面并流入动力中心。在细胞内部，该团队开发了一个铜基纳米粒子阳极，将葡萄糖分成葡萄糖酸和质子，以产生电流。"许多人，尤其是西方工业化国家的人在日常生活中消耗的碳水化合物比他们需要的要多，"Fussenegger说。"这给了我们一个想法，即利用这种多余的代谢能量来产生电力，为生物医学设备提供动力。"燃料电池与以该团队的β细胞为特征的胰岛素胶囊结合在一起，可以通过来自植入物的电流触发其分泌胰岛素。能量-胰岛素自我调节电路MaityD,etal,Adv.Mater.2023/ETHZurich总的来说，这两个组件提供了一个自我调节的电路。当由葡萄糖驱动的燃料电池感应到过量的血糖时，它就会开机。然后，这将刺激β细胞产生和分泌胰岛素。当血糖水平下降时，它触发了燃料电池中的阈值传感器，所以它就会断电，反过来停止胰岛素的生产和释放。这种自我维持的电路也可以产生足够的电力，与智能手机等设备进行通信，从而进行监测和调整，甚至有可能进行远程医疗干预。虽然这项生物技术在小鼠模型中被成功测试，但研究人员希望能找到资源将其从原型开发到市场阶段。该研究发表在《先进材料》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1351719.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1351719.htm

可实现自我调整的胰岛素被证明对1型糖尿病患者很有希望

可实现自我调整的胰岛素被证明对1型糖尿病患者很有希望一型糖尿病（T1D）是一种自身免疫性疾病，身体的免疫系统会攻击胰腺中产生胰岛素的β细胞，从而使胰岛素产生得很少或没有。T1D的确切原因不明，但被认为是由遗传和一些病毒引起的。治疗T1D需要服用速效胰岛素，可以通过间歇性手动注射或通过胰岛素泵连续注射，并定期监测血糖水平，以避免低血糖和高血糖，这两种情况都会产生威胁生命的后果。长效胰岛素也可能被用来提供缓慢、稳定的胰岛素释放。使用纳米颗粒来提供药物和基因治疗，对疾病的治疗方式产生了巨大的影响。现在，中国浙江大学的一个研究小组已经使用一种特殊的纳米粒子来创建一个自我调整的胰岛素释放系统。使用含有葡萄糖氧化酶的聚合物制成的胰岛素"载体"的葡萄糖敏感的胰岛素释放系统已经获得了普及，但会引起一些问题。这些聚合物的分子量不均匀，而且葡萄糖氧化酶可能是有毒的。鉴于这些问题，研究人员转向了另一种载体：生物相容性脂质纳米颗粒。生物相容性脂质纳米颗粒已经被广泛用作药物载体。此外，它们具有统一的化学结构。在这项研究中，研究人员修改了纳米粒子表面的一个部分，使其可以携带许多正电荷。带负电荷的胰岛素分子以静电方式与脂质纳米颗粒结合。研究人员在糖尿病小鼠身上测试了他们的胰岛素配方，发现当血糖水平正常时，胰岛素会缓慢释放。但如果血糖很高，纳米粒子中的脂质就会与葡萄糖形成化学键，减少纳米粒子表面的正电荷，大大加快胰岛素的释放。在被注射葡萄糖后，用胰岛素制剂治疗的糖尿病小鼠的血糖水平以与健康小鼠相同的速度下降到正常水平，并在六小时内保持正常的血糖水平。研究人员希望，将来这种葡萄糖反应性胰岛素配方可以被纳入可穿戴电子设备中，大大改善1型糖尿病患者的血糖控制。该研究发表在《AngewandteChemie》杂志上：https://onlinelibrary.wiley.com/page/journal/15213773/homepage/press/202314press.html...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355639.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355639.htm

新研发的胰岛素口服胶囊可能会改变糖尿病患者的生活质量

新研发的胰岛素口服胶囊可能会改变糖尿病患者的生活质量许多糖尿病患者服用两种类型的胰岛素：速效和长效。注射后，速效胰岛素被迅速吸收，用于控制吃饭和吃零食时的血糖水平，并纠正高血糖。同时，长效胰岛素通常每天注射一次。它吸收缓慢，提供"背景"水平的胰岛素，帮助控制一天中的血糖。澳大利亚墨尔本皇家理工大学的一个科学家团队开发了一种能够提供胰岛素的新口服胶囊，它已显示出作为一种新的给药方式的前景。胰岛素是由称为肽的较小版本的蛋白质组成的。以前开发口服胰岛素的尝试发现，胃肠道内严重的pH值会降解肽，导致药物失去功能。其他蛋白质药物也遇到了同样的困难。为了解决这个问题，科学家们将胰岛素封装在置于肠道胶囊内的一种脂质纳米材料中。肠道胶囊的聚合物涂层可以防止胃的低pH值（高酸度）。该研究的主要作者JamieStrachan说："该胶囊有一个特殊的涂层，目的是在胃的低pH值环境中不被分解，然后再由小肠的高pH值触发胶囊的溶解。我们将胰岛素包装在胶囊内的一种脂肪纳米材料内，该材料有助于伪装胰岛素，以便它能够穿过肠壁。"科学家们在动物实验中使用速效和慢效胰岛素测试了该胶囊的性能。虽然速效胰岛素胶囊被很好地吸收，但与注射方式相比，口服胰岛素生效的时间有很大的滞后性，这使得它不实用，但长效胰岛素胶囊取得了相对更有希望的结果。该研究的通讯作者夏洛特-康恩说："我们对慢作用形式有很好的吸收结果--对于相同数量的胰岛素，比注射给药要好50%左右。研究结果显示，使用这些口服胶囊的慢作用胰岛素有真正的前景，糖尿病患者有一天可以在注射快作用胰岛素的基础上服用。"科学家们说，他们的胶囊设计是非侵入性输送胰岛素的"一个有希望的起点"，并可用于输送其他蛋白质药物，如抗生素或用于治疗癌症的单克隆抗体。他们计划改进设计，在进入人体试验之前，开发出一种在特定时间段内给药的方法。该研究发表在《生物材料进展》（BiomaterialsAdvances）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1355825.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1355825.htm