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麻省理工:天然人工胰腺 實現(xiàn)胰島素自我制造和釋放

日期:2022-08-10
糖尿病是一種以高血糖為特征的代謝性疾病。高血糖則是由于胰島素分泌缺陷或其生物作用受損,或兩者兼有。長期存在的高血糖,導(dǎo)致各種組織,特別是眼、腎、心臟、血管、神經(jīng)的慢性損害、功能障礙。
隨著生活水平不斷提高,糖尿病患病人數(shù)在也在持續(xù)增長,據(jù)估計,?2017年全球患病人數(shù)約為4.25億,預(yù)計到2045年將達到6.29億。我國是全球糖尿病人數(shù)最多的國家,2017年糖尿病人數(shù)為1.14億,預(yù)計到2045年將達到 1.5億左右。
目前想要治療糖尿病,胰島素?zé)o疑是最佳治療技術(shù)。因此糖尿病患者每天都需要注射胰島素,從而實現(xiàn)控制血糖。胰島素注射已經(jīng)從注射針、胰島素注射筆,過渡到“人工胰腺”胰島素泵。現(xiàn)在新型的胰島素泵通過整合了CGM 技術(shù),可以自動根據(jù)即時血糖計算出即刻的胰島素輸注劑量,并給予持續(xù)皮下輸注,從而實現(xiàn)閉環(huán)的血糖管理。
但無論是注射針(注射筆)還是胰島素泵,對于生活來說依舊不太方便。同時這些傳統(tǒng)技術(shù)依舊無法實現(xiàn)糖尿病根本性治療,并且對糖尿病并發(fā)癥的控制力也不足。由于無特別有效治愈手段,糖尿病患者和國家不得不承受每年巨額費用支持。
因此科學(xué)家一直希望開發(fā)一種可植入的“人工胰腺”,可以根據(jù)患者血糖情況制造并控制胰島素釋放量。很可惜由于人體對于異物排斥,很快在人工胰腺周圍形成一層厚厚的疤痕組織,阻止胰島素釋放,使得患者不得不進行手術(shù)取出人工胰腺。人體排斥反應(yīng)阻止可植入胰島素泵美好想法變成現(xiàn)實。
好在依舊有一群科學(xué)家不放棄,其中麻省理工的研究團隊開發(fā)一種新型的人工胰腺,解決人體排斥反應(yīng),讓人工胰腺”可以長期制造并釋放胰島素


天然人工胰腺
麻省理工的研究團隊認(rèn)為人體內(nèi)的中性粒細(xì)胞(免疫細(xì)胞),在有異物植入到人體時候它們就會被激活,從而導(dǎo)致疤痕組織形成。因此只要解決異物表面的中性粒細(xì)胞既可以使“天然人工胰腺”長期植入患者體內(nèi),精準(zhǔn)釋放胰島素,實現(xiàn)血糖穩(wěn)定控制。
因此麻省理工的研究團隊在一系列研究中發(fā)現(xiàn)一種現(xiàn)象,只要植入物在患者體內(nèi)有規(guī)律的振蕩,就可以減少植入物表面中性粒細(xì)胞。
為此研究團隊開發(fā)出一款可以有規(guī)律的充氣和放氣的機械驅(qū)動的胰島素囊。胰島素囊由聚氨酯制備,聚氨酯是一種與組織周圍的細(xì)胞外基質(zhì)具有相似彈性的塑料。胰島素囊有兩個腔,其中一個腔室用作藥物儲存器,另一個腔室用作柔軟的氣腔(可以充氣可放氣)。

為了證明胰島素囊有效性,研究人員將胰島素囊植入到小鼠體內(nèi)。從而觀察胰島素囊植入到小鼠體內(nèi)后,胰島素有效釋放周期(胰島素囊會不會因為排斥反應(yīng)而失效)。

胰島素囊植入到小鼠體內(nèi)后,胰島素囊每12小時啟動充氣放氣過程,每次持續(xù)5分鐘。并監(jiān)測小鼠的血糖水平,已確定胰島素囊釋放胰島素的有效性。

研究人員發(fā)現(xiàn),在沒有啟動充氣放氣的胰島素囊在兩周后胰島素釋放量開始下降,八周之后完全被纖維包裹(疤痕),無法釋放胰島素。

而執(zhí)行充氣放的胰島素囊表面被纖維包裹(疤痕)時間要長很多。盡管最后胰島素囊被疤痕組織包圍,但疤痕結(jié)構(gòu)不同尋常:與圍繞靜態(tài)異物的纏繞膠原纖維不同,驅(qū)動異物周圍的膠原纖維更加高度對齊,研究人員認(rèn)為這可能有助于藥物分子通過組織。

事實上通過檢測胰島素釋放量,也發(fā)現(xiàn)執(zhí)行充氣放的胰島素囊在八周內(nèi)的胰島素釋放量變化不大,非常穩(wěn)定。

這個研究結(jié)果讓研究人非常興奮,他們在未來將對胰島素囊進行改進,最終變成一個“天然人工胰腺”。

該“天然人工胰腺”有點類似于。研究人員將向“天然人工胰腺”內(nèi)植入胰腺細(xì)胞,這些胰腺細(xì)胞可以感知人體內(nèi)葡萄糖水平并在葡萄糖升高時分泌胰島素。太高。天然人工胰腺”可以消除患者不斷測量血糖水平和注射胰島素的需要。

當(dāng)然該技術(shù)除了可以治療糖尿病外,還可以用于卵巢癌的免疫治療和預(yù)防心臟病發(fā)作患者的藥物釋放。如果技術(shù)能夠成功,市場應(yīng)用前景廣大。


麻省理工
麻省理工(MIT)創(chuàng)立于1861年,坐落于美國馬薩諸塞州波士頓都市區(qū)劍橋市,是世界著名私立研究型大學(xué)。


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