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新型植入装置可提供氧气供应胰岛细胞

发布时间:2018-05-14

显示胰岛和​​氧分子的插图。图片来源:Christine Daniloff / MIT

自20世纪60年代以来,研究人员一直关注移植胰岛细胞治疗1型糖尿病的可能性 - 当血糖浓度升高时负责产生胰岛素的胰腺细胞

但是,实施这种方法已被证明具有挑战性。一个障碍是,一旦胰岛移植,如果它们没有获得足够的氧气供应,它们将会死亡。现在,麻省理工学院的研究人员与一家名为Beta-O2 Technologies的公司合作,开发并测试了一种植入式装置,该装置通过一个可以每24小时补充一次的腔室供应自己供应的氧气。

“让氧气进入这些细胞是一个难题,”麻省理工学院化学工程教授,该研究的资深作者克拉克科尔顿说。 “这种方法的好处是:你可以让胰岛保持活力,不需要太多的组织,而且可以降低植入物引发免疫反应的能力。”

这些大鼠植入物的测试表明,近90%的胰岛仍可存活数月,大多数大鼠在此期间保持正常的血糖水平

Beta-O2 Technologies的Yoav Evron是该研究的主要作者,该研究出现在4月25日i em科学报告 / em。

保护胰岛

当患者自身的免疫系统破坏胰腺的胰岛细胞时,会发生1型糖尿病,因此患者不能再产生胰岛素,胰岛素是人体从血液中吸收糖所必需的。早期试图通过从尸体移植胰岛来治疗患者是不成功的,因为移植后胰岛不能存活。

移植胰岛失败的原因之一是它们受到患者免疫系统的攻击。为了保护移植的细胞,研究人员开始开发植入物,其中胰岛被封装在诸如聚合物的材料中。然而,剩下的挑战是确保胰岛获得足够的氧气,Colton说。

在健康的胰腺中,所有的胰岛细胞都会与毛细血管接触,使他们能够在约100毫米汞柱(mm Hg)的氧气分压下接受富氧血液。 (分压是气体混合物中单个气体浓度的量度)。当医生首次尝试将胰岛移植入糖尿病患者时,许多细胞与毛细血管没有直接接触,因此他们的氧气供应过低。

以前在科尔顿实验室的研究发现,胰岛的外表面需要暴露于至少50毫米汞柱的氧气才能保持活力并正常产生胰岛素。通过一系列实验,麻省理工学院团队与Beta-O2Technologies的研究人员合作,确定了胰岛在长时间内保持活性和功能所需的装置的操作条件,同时组装成紧凑的形式,足以植入人类患者。

在 em科技报告 / em中测试的设备中,纸,胰岛被包裹在海藻酸盐(由藻类产生的约600微米厚的多糖)的平板中。平板一侧的膜阻挡免疫细胞和大蛋白质,但允许胰岛素,营养物质和氧气通过。在板下面是大约5毫米厚的气室,除了氧之外,它还携带大气气体如氮气和二氧化碳。氧气从腔室流过半透膜,并进入嵌入藻酸盐平板的小岛。

随着氧气扩散通过板坯,它逐渐消耗,所以氧气分压不断下降。为确保分压在24小时内保持在50mmHg以上,研究人员发现他们需要在气室内开始500mmHg的氧分压。

24小时后,供氧通过一个端口补充 - 一种植入在皮下的装置,并连接到一个导管上,导管将被封装的胰岛也植入皮下。

长期生存

在没有免疫抑制的糖尿病小鼠的测试中,研究人员发现,在整个移植期间,近90%的胰岛存活,时间从11周到8个月不等。他们还发现,这些动物的大部分血糖水平在植入装置时保持正常,然后在被移除后反弹到糖尿病水平。

这种方法的另一个好处是,由于大多数胰岛细胞仍然存活,它们不太可能引起免疫反应。当细胞死亡时,它们就会分解,所产生的蛋白质和DNA片段更可能吸引免疫系统的注意力。

“通过保持细胞存活,可以最大限度地减少免疫反应,”科尔顿说道,

过去20年来一直在阿尔伯塔大学进行胰岛移植计划的阿尔伯塔大学的外科,内科和外科肿瘤学教授詹姆斯夏皮罗说,他认为这种方法具有很大的前景,可以帮助消除给予胰岛移植患者药物来抑制其免疫系统。

Shapiro说:“这种装置可以保护细胞免受免疫攻击并释放氧气,从而使更多的细胞能够存活下来。”她没有参与此项研究。 “这将允许胰岛细胞移植到没有抗排斥药物的患者身上,这将显着提高我们今天用胰岛细胞移植的安全性。”

Beta-O2 Technologies公司的研究人员正在研究该装置的新版本,在该装置中将氧气储存室植入皮下,与胰岛分开。这个版本只需要每周补充一次,这对病人可能更有吸引力。

这项研究由以色列科学部资助,

出版物:Yoav Evron等人,“通过增强氧气供应实现了以高密度宏囊封装的移植胰岛的长期生存力和功能”,Scientific Reports,第8卷,文章编号:6508(2018)doi:10.1038 / s41598- 018-23862-w

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