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

新型皮下植入物可协助糖尿病患者的胰岛细胞治疗过程

新型皮下植入物可协助糖尿病患者的胰岛细胞治疗过程一种替代方法涉及从已故的捐赠者那里获取胰岛细胞，并将其移植到病人的肝脏中。几年来，这些细胞继续生产胰岛素，消除了每日注射的需要。然而，不幸的是，为了防止身体的免疫系统将引入的胰岛细胞识别为必须中和的异物，病人必须持续服用免疫抑制药物。由于这些药物是口服的，因此分布在整个身体中，需要相对较大的剂量--而且剂量越大，不必要的副作用就越严重，例如整体免疫系统受到损害。正是考虑到这些问题，休斯顿卫理公会医院的科学家们创造了一种被称为NICHE（新生血管植入式细胞归位和封装）的实验性植入物。这种扁平的聚酰胺体装置的大小与25美分硬币相似，被设计为植入皮下。它包含两个储存器--一个是包含胰岛细胞的长方形内部储存器，一个是包含免疫抑制药物的U形外部储存器（环绕内部储存器的三个侧面）。内部单元上的网状"屋顶"允许血管生长到其中，为胰岛细胞提供所需的氧。这两个储存器通过NICHE两侧的多孔膜逐渐释放其载荷，每次持续数周。胰岛细胞因此被血液吸收并转送到肝脏，而免疫抑制药物只在需要的地方提供免疫阻断作用--这意味着需要的药物量要小得多。当植入物需要补充时，只需用皮下注射针穿过病人的皮肤，并通过所需储液器末端的自封硅胶塞，就能将更多细胞或药物注入其中。据报道，在对糖尿病大鼠进行的测试中，NICHE恢复了正常的血糖水平，并在150多天内消除了1型糖尿病症状，而没有产生任何严重的副作用。该设备每28天补给一次，尽管科学家们现在正在研究一个版本，当用于人类时，补给间隔可长达6个月。甚至有可能，药物配方的变化可以将这些间隔延长到一年一次。首席科学家AlessandroGrattoni教授说："我们研究的一个关键结果是，细胞移植的局部免疫抑制是有效的。这个设备可以改变患者的管理模式，并能对治疗效果和改善患者的生活质量产生巨大影响。"这项研究在最近发表于《自然通讯》杂志的一篇论文中进行了描述。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1336847.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1336847.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

实验性抗体药物可预防甚至逆转糖尿病发病

实验性抗体药物可预防甚至逆转糖尿病发病贝塔细胞中的mAb43（黄色）。资料来源：约翰霍普金斯大学医学院DaxFu实验室当患者的免疫系统开始攻击胰腺中的β细胞时，就会发生1型糖尿病。这些重要的细胞能产生胰岛素，如果没有它们，患者就无法控制血糖水平，导致终生需要注射胰岛素和潜在的健康并发症。但在一项新的研究中，约翰霍普金斯大学医学院的科学家们发现了一种潜在的方法，可以预防疾病的发生，甚至在早期阶段逆转疾病。这种新药被称为mAb43，是一种单克隆抗体，是一种实验性疗法，在治疗一系列疾病方面显示出前景。抗体是一种蛋白质，能与某些细胞（通常是外来病原体）结合，将其清除出体外。疫苗的作用是引导病人的免疫系统产生针对特定目标的抗体。单克隆抗体被设计用于对抗目标，并作为对急性疾病（如感染）的快速反应批量输送给病人。在最近针对疟疾、COVID-19甚至类风湿性关节炎的研究中，这些疗法都显示出了良好的前景。mAb43能与β细胞表面的一种小蛋白结合，然后像"盾牌或斗篷"一样将它们隐藏起来，避免受到免疫细胞的攻击。如果定期服用，这种疗法似乎可以保护β细胞，进而保护患者产生胰岛素的能力。即使已经出现了一些损伤，防护罩也会让贝塔细胞得到休息，使它们能够再生。研究人员在64只饲养的易患1型糖尿病的小鼠身上测试了这种治疗方法。小鼠在10周大时开始接受每周一次的mAb43注射，35周后，所有小鼠均未患糖尿病。耐人寻味的是，有一只小鼠在开始接受抗体治疗前出现了早期症状，之后暂时患上了糖尿病，但在35周后也没有患上糖尿病。所有服用了mAb43的小鼠在75周的实验期结束时都还活着，而这正是小鼠的大部分寿命。这比对照组小鼠的寿命要长得多。对照组小鼠有糖尿病，但没有接受药物治疗，只能活18到40周。仔细观察后，研究小组发现，在小鼠开始接受抗体治疗后，免疫细胞从β细胞中撤退，该区域的炎症也有所减轻。β细胞甚至开始缓慢繁殖。这项研究的作者德维-卡西纳坦（DeviKasinathan）说："mAb43与胰岛素疗法相结合，有可能在β细胞再生的同时逐渐减少胰岛素的使用，最终不再需要补充胰岛素来控制血糖。"最近另一种名为替普利珠单抗的单克隆抗体疗法在三期临床试验中显示出了良好的前景，它的作用是靶向免疫细胞，减少免疫细胞对β细胞的损害。然而，mAb43似乎能在更长的时间内发挥这种作用，甚至有可能在整个服药期间发挥这种作用。研究小组说，由于抗体对β细胞具有很强的选择性，因此长期使用这种疗法似乎是安全的，而且副作用很小。现阶段，这项研究只在小鼠身上使用了一种小鼠抗体，但研究小组计划下一步开发出人类版本的抗体，然后再进行临床试验。但仍有一个重大障碍--单克隆抗体的价格昂贵，难以普及。希望更多的研究能帮助降低成本。这项研究发表在《糖尿病》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1429396.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1429396.htm

胃干细胞有望成为治疗糖尿病的手段

胃干细胞有望成为治疗糖尿病的手段人类胃部分泌胰岛素的器官在分子和功能上与胰岛相似。红色：c-肽，是促胰岛素的副产品。绿色：胰高血糖素（通常由胰腺的α细胞产生）和体肽和胃泌素（通常由胃细胞产生）。蓝色：DAPI，标记细胞核。图片由黄晓峰提供。尽管1型糖尿病的确切原因尚不清楚，但人们认为它是由一种自身免疫反应引起的，即身体攻击并破坏了胰腺的β细胞，即产生胰岛素的细胞。多年来，研究人员一直在研究如何通过使用干细胞来创造产生胰岛素的细胞来取代被免疫系统破坏的细胞来"治愈"糖尿病。人类肠道中的干细胞，即胃干细胞每隔五至七天就会完成再生我们肠道内壁的非凡壮举。它们还分化成肠道特定组织，包括分泌激素的肠道内分泌细胞（EECs）。能够产生分泌激素胰岛素的EECs，对于那些β细胞已经停止产生或没有产生足够的胰岛素的1型糖尿病患者来说，具有很大的治疗价值。现在，威尔康奈尔医学院的研究人员已经实现了这一目标，将人类胃干细胞转化为分泌胰岛素的细胞，这些细胞对血糖水平的反应与健康的胰腺β细胞一样。该研究的通讯作者JoeZhou说："胃会制造自己的激素分泌细胞，而胃细胞和胰腺细胞在胚胎发育阶段是相邻的，所以从这个意义上说，胃干细胞能够如此轻易地转化为类似β细胞的胰岛素分泌细胞，并不完全令人惊讶。"这是Zhou15年多来一直努力实现的目标。通过早期的实验，他发现他可以通过强制激活三个转录因子（控制基因表达的蛋白质），将小鼠的普通胰腺细胞转化为分泌胰岛素的β细胞。2016年，再次使用小鼠，他和他的研究团队发现，胃干细胞也对这种三因子激活方法高度敏感。在目前的研究中，研究人员通过一种简单的非手术程序，即内窥镜检查，将一根带有摄像头的细软管（内窥镜）通过口腔插入胃部，取出胃干细胞。内窥镜上安装了一个工具，使操作者能够提取组织样本。在将胃干细胞转化为被称为胃胰岛素分泌细胞（GINS）的β样细胞后。研究人员将它们培育成被称为器官的小集群，他们发现，这些细胞在10天内对葡萄糖变得敏感，并通过分泌胰岛素做出反应。当GINS被移植到糖尿病小鼠体内时，它们的行为很像真正的胰腺β细胞，通过分泌胰岛素对血糖的上升作出反应，以保持血糖水平的稳定。移植的细胞在研究人员监测的6个月时间里继续产生胰岛素。他们说，这表明它们的稳健性。这是一项概念验证研究，为开发基于患者自身细胞的1型糖尿病和严重2型糖尿病的治疗方法奠定了基础。2021年，全世界估计有840万1型糖尿病患者。到2040年，这一数字预计将上升到1350万至1740万之间。目前，1型糖尿病患者用胰岛素治疗他们的病情，手动注射或使用可穿戴的胰岛素泵连续注射。一些晚期2型糖尿病患者需要服用胰岛素来补充他们身体的不足水平。研究人员说，移植由患者干细胞产生的胰岛素分泌细胞是改善β细胞功能的一种更自然的方式，并将减少移植排斥问题。研究人员将在推进临床试验之前优化他们的方法，包括增加用于人类移植的β样细胞生产规模。重要的是，他们正在努力修改这些细胞，使它们不那么容易受到免疫系统的攻击，这种攻击会破坏1型糖尿病患者的β细胞。该研究发表在《自然-细胞生物学》杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1361847.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1361847.htm