“活药厂”可能治疗糖尿病和其他疾病

治疗糖尿病的一个有希望的方法是移植胰岛细胞，当血糖水平过低时，胰岛细胞就会产生胰岛素。然而，接受这种移植的患者必须服用药物，以防止免疫系统对移植的细胞产生排斥，因此这种疗法并不常用。

为了使这种疗法更可行，麻省理工学院的研究人员现在已经设计出一种方法，将治疗细胞封装在一种灵活的保护装置中，这种装置可以防止免疫排斥，同时还允许氧气和其他重要的营养物质进入细胞。这种细胞可以在任何需要的时候分泌胰岛素或其他蛋白质。

他说:“我们的设想是建立一个活的药厂，你可以把它植入病人体内，它可以根据病人的需要分泌药物。我们希望这样的技术可以用于治疗许多不同的疾病，包括糖尿病，”化学工程副教授Daniel Anderson说，他是麻省理工学院科赫综合癌症研究所和医学工程与科学研究所的成员，也是这项研究的资深作者。

在一项对老鼠的研究中，研究人员表明，经过基因工程改造的人类细胞至少能存活5个月，而且他们相信，这些细胞可以持续更长时间，以实现对糖尿病或血友病等慢性疾病的长期治疗。

科赫研究所的研究科学家苏曼·博斯是这篇论文的主要作者，该论文发表在今天的《自然生物医学工程》杂志上。

的保护作用

1型糖尿病患者通常每天要注射几次胰岛素，以保持他们的血糖水平在一个健康的范围内。自1999年以来，一小部分糖尿病患者接受了胰岛细胞移植，这些胰岛细胞可以替代失去功能的胰腺。虽然治疗通常是有效的，但这些患者必须服用的免疫抑制剂药物使他们易受感染，并可能产生其他严重的副作用。

几年来，安德森的实验室一直在研究保护移植细胞不受宿主免疫系统影响的方法，这样就不需要使用免疫抑制剂了。

安德森说:“我们希望能够将细胞植入能够分泌胰岛素等治疗因子的病人体内，但又能防止它们被身体排斥。”“如果你能制造一种不需要免疫抑制就能保护这些细胞的设备，你就能真正帮助很多人。”

为了保护移植的细胞免受免疫系统的伤害，研究人员将它们安置在一个由硅基弹性体(聚二甲基硅氧烷)和一种特殊多孔膜构成的装置中。Bose说:“它几乎和组织一样坚硬，你把它做得足够薄，这样它就能包裹住器官。”

然后他们在设备的外表面涂上一种叫做THPT的小分子药物。在之前的一项研究中，研究人员发现这种分子可以帮助防止纤维化，当免疫系统攻击外来物时，疤痕组织的形成。

该设备包含一个多孔膜，允许移植的细胞从血液中获取营养和氧气。这些气孔必须足够大，使营养物质和胰岛素得以通过，但又必须足够小，使T细胞等免疫细胞无法进入并攻击被移植的细胞。

在这项研究中，研究人员测试了直径从400纳米到3微米的聚合物涂层，发现800纳米到1微米的尺寸范围是最理想的。在这种大小下，小分子和氧气可以通过，但T细胞不能。到目前为止，人们一直认为1微米的气孔太大，无法阻止细胞的排斥反应。

药物对需求

在一项对糖尿病小鼠的研究中，研究人员发现，植入微设备的大鼠胰岛在超过10周的时间里保持了小鼠正常的血糖水平。

研究人员还用人类胚胎肾细胞对这种方法进行了测试，这些细胞被设计成产生促红细胞生成素(EPO)，一种促进红细胞生成的激素，用于治疗贫血。这些治疗性人类细胞在小鼠体内至少存活了19周。

“设备中的细胞就像一个工厂，不断地产生高水平的促红细胞生成素。这导致了在我们做实验的时候，动物的红细胞数量增加。”安德森说。

此外，研究人员还表明，他们可以对移植的细胞进行编程，使其只在接受小分子药物治疗时产生一种蛋白质。具体来说，当给小鼠注射强力霉素时，移植的工程细胞产生EPO。这种策略只允许在需要的时候按需生产蛋白质或激素。

研究人员说，这种“活药厂”可以用于治疗任何需要经常服用蛋白质或激素的慢性疾病。他们目前正专注于糖尿病，并致力于延长移植胰岛细胞的寿命。

“这是我们团队在过去4年多的时间里发表的第8篇自然杂志论文，阐明了植入物生物相容性的关键基础方面。我们希望并相信，这些发现将在未来几年为治疗糖尿病和许多其他疾病带来新的超级生物相容性植入物，”麻省理工学院戴维·h·科赫研究所(David H. Koch Institute)教授、论文作者之一罗伯特·兰格(Robert Langer)说。

由安德森和兰格创立的西格隆治疗公司(Sigilon Therapeutics)已经为THPT涂层在植入设备中的应用申请了专利，目前正在开发基于这种方法的治疗方法。

这项研究由JDRF资助。该论文的其他作者包括丽莎·沃尔帕蒂、德维娜·蒂约诺、沃尔坎·伊斯利约特、科林·麦克格莱迪安、唐雅玉、阿曼达·法克拉姆、艾米·王、西达特·琼琼瓦拉、奥米德·韦瑟、詹妮弗·霍利斯特-洛克、钱德拉巴利·巴塔查里亚、戈登·威尔和戴尔·格莱纳。