通过结合两项强大的技术，科学家们将糖尿病研究提升到了一个全新的水平。8月29日，哈佛大学(Harvard University)的凯文•基特•帕克(Kevin Kit Parker)领导的一项研究发表在《芯片上的实验室》(Lab on a Chip)杂志上。在这项研究中，微流体技术和人类产生胰岛素的β细胞被整合到一个芯片上的小岛中。这种新设备使科学家更容易在将产生胰岛素的细胞移植到病人体内之前对其进行筛选，测试胰岛素刺激化合物，以及研究糖尿病的基础生物学。
芯片上的胰岛的设计灵感来自于人类胰腺，胰岛细胞(“胰岛”)从血液中接收关于葡萄糖水平的连续信息流，并根据需要调整它们的胰岛素产量。
“如果我们想治愈糖尿病，我们必须恢复一个人自身制造和输送胰岛素的能力，”Xander大学干细胞和再生生物学教授、哈佛干细胞研究所(HSCI)联合主任道格拉斯·梅尔顿(Douglas Melton)解释说。“在胰腺中形成的β细胞有测量血糖和分泌胰岛素的功能，正常情况下它们做得很好。但在糖尿病患者中，这些细胞不能正常工作。现在，我们可以用干细胞为它们制造健康的β细胞。但是和所有的移植手术一样，确保移植手术能够安全进行需要做很多工作。”
在将β细胞移植到病人体内之前，必须对其进行检测，以确定其功能是否正常。目前的方法是基于20世纪70年代的技术:给细胞葡萄糖来引发胰岛素反应，收集样本，添加试剂，测量每个细胞中有多少胰岛素。手工过程需要很长时间来运行和解释，以至于许多临床医生完全放弃了它。
这种新型的、自动化的微型设备能够实时给出结果，从而加快临床决策的速度。
“我们的设备安排小岛到单独的线条,同时提供一个脉冲的葡萄糖,和检测胰岛素生产多少,”亚伦Glieberman说co-first作者在纸上和在帕克实验室博士生。”夫妻葡萄糖和胰岛素刺激检测在同一个流路径,所以它能给临床医生可操作的信息,很快。该设计还使用了适合大规模生产的材料，这意味着更多的人将能够使用它。”
“islet-on-a-chip让我们监控捐赠或制造胰岛细胞释放胰岛素,当细胞在体内,”帕克说,塔尔家族哈佛大学生物工程和应用物理学教授约翰·a·保尔森工程和应用科学学院生物工程研究所的核心成员,和校长HSCI教员。
“这意味着我们可以在细胞治疗糖尿病方面取得重大进展。该设备可以更容易地筛选刺激胰岛素分泌的药物，测试干细胞衍生的β细胞，以及研究胰岛的基础生物学。没有其他质量控制技术可以做到这么快，这么准确。”
哈佛大学技术开发办公室已经提交了与这项技术相关的专利申请，并正在积极探索商业化机会。
“这是令人兴奋的看到我们实验室的方法测量胰岛功能从个人小岛更大群小岛,和纳入一种设备,可以广泛应用在社区里,”佛罗里达州立大学的合著者迈克尔•罗珀说,专注于小岛的基本生物学的实验室。“现在，我们有了一种设备，它集成了葡萄糖输送、胰岛定位和捕获、试剂混合和胰岛素检测，所需试剂少得多。所以实验室可以用它来做更多的实验，花费相同，使用更短更容易的过程。”
“我的主要兴趣是在糖尿病本身——所有的成年人在我家有2型糖尿病,这是我追求科学作为一个职业的原因,”本杰明教皇说,co-first作者研究实验室和博士后在帕克。”我很兴奋看到这项技术用于糖尿病研究和移植筛选,因为它使细胞治疗糖尿病。
波普补充说:“这也是许多不同技术的完美结合。”“自动胰岛捕获、微流体、实时传感器和它背后的生物化学、电子和数据采集组件——甚至软件背后的物理原理。整个设备和操作系统——整合了来自不同领域的这么多东西，在这个过程中我学到了很多。”
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除了在糖尿病上的应用，该设备还有望用于其他组织和器官。“我们可以修改核心技术，在一系列微生理系统中检测功能，”格里伯曼说。“有了连续检测细胞分泌物的能力，我们想让探索细胞如何利用蛋白质信号进行交流变得更容易。”这项技术最终可能为诊断和治疗的健康动态指标提供新的见解。”
本研究由美国国家糖尿病、消化和肾脏疾病研究所(UC4 DK104165, UC4 DK116283, RO1 DK080714)、哈佛大学材料研究科学与工程中心(批准号:和哈佛纳米系统中心(国家科学基金奖1541959)，以及生命科学研究基金会。
新闻旨在传播有益信息，英文原版地址：https://news.harvard.edu/gazette/story/2019/08/islet-on-a-chip-technology-streamlines-diabetes-research/