一种更好的封装胰岛细胞用于糖尿病治疗的方法

当医疗设备被植入人体时，免疫系统经常会攻击它们，在设备周围产生疤痕组织。这种组织的积累，被称为纤维化，会干扰设备的功能。

麻省理工学院的研究人员现在提出了一种防止纤维化发生的新方法，将一种晶体化的免疫抑制剂药物整合到设备中。植入后，药物会慢慢分泌出来，抑制设备周围区域的免疫反应。

“我们开发出一种结晶药物配方,可以针对关键球员参与移植排斥、压制他们当地,让设备运行一年多来,“说的法拉,麻省理工学院和波士顿儿童医院博士后co-first作者的研究中,他很快就开始一个新职位的助理教授沃尔夫森学院化学工程和罗素•白瑞以色列技术研究所的纳米技术研究所。

研究人员表示，这些晶体可以显著改善封装的胰岛细胞的性能，他们正在开发一种可能的治疗1型糖尿病的方法。这种晶体也可以应用于各种其他可植入的医疗设备，如起搏器、支架或传感器。

前麻省理工学院博士后Joshua Doloff现在是生物医学和材料科学工程的助理教授，也是约翰霍普金斯大学医学院转化组织工程中心的成员。Daniel Anderson是麻省理工学院化学工程系的副教授，也是麻省理工学院Koch癌症综合研究所和医学工程与科学研究所(IMES)的成员。

晶体药物

安德森的实验室是众多致力于封装胰岛细胞并将其移植到糖尿病患者体内的研究小组之一，他们希望这些细胞能够取代患者失去功能的胰腺细胞，并消除每日注射胰岛素的需要。

纤维化是这种方法的主要障碍，因为疤痕组织可以阻止胰岛细胞获得氧气和营养。在2017年的一项研究中，安德森和他的同事们发现，系统性地使用一种药物，可以通过抑制对植入设备的免疫反应来阻止细胞接受CSF-1蛋白，从而防止纤维化。这种药物针对的是一种叫做巨噬细胞的免疫细胞，巨噬细胞是引发炎症的主要细胞，炎症会导致纤维化。

“这项工作的重点是确定下一代药物靶点，即哪些细胞和细胞因子的参与者对纤维化反应至关重要，”多洛夫说。他补充说，“在知道我们必须以什么为目标来阻止纤维化，以及筛选候选药物来做到这一点之后，我们仍然必须找到一种复杂的方法来实现尽可能长时间的局部交付和释放。”

在这项新研究中，研究人员开始寻找一种方法，将药物直接装入可植入的设备中，以避免给患者使用会抑制其整个免疫系统的药物。

安德森说:“如果你把一个小装置植入你的身体，你不会想让你的整个身体都暴露在影响免疫系统的药物之下，这就是为什么我们一直对创造一种方法来从装置本身释放药物感兴趣。”

为了实现这一目标，研究人员决定尝试将药物结晶，然后将它们整合到设备中。这使得药物分子被非常紧密地包裹，使得药物释放装置被小型化。另一个优点是晶体需要很长时间才能溶解，因此可以长期给药。不是每一种药物都能容易结晶，但研究人员发现，他们使用的CSF-1受体抑制剂可以形成晶体，他们可以控制晶体的大小和形状，这决定了药物在体内分解需要多长时间。

法拉赫说:“我们证明，这些药物的释放速度非常慢，而且是受控的。”“我们把这些晶体放入不同类型的设备中，并证明在这些晶体的帮助下，我们可以让医疗设备长时间受到保护，让设备保持功能。”

封装的胰岛细胞

为了测试这些药物晶体制剂是否能提高胶囊化胰岛细胞的效率，研究人员将药物晶体放入直径0.5毫米的海藻酸盐球中，并将其用于胶囊化细胞。当这些球体被移植到糖尿病小鼠的腹部或皮下时，它们在一年多的时间里没有纤维。在此期间，小鼠不需要注射任何胰岛素，因为胰岛细胞能够像正常胰腺一样控制它们的血糖水平。

“在过去三年多的时间里，我们的团队在《自然》杂志上发表了七篇论文——这是第七篇——阐明了生物相容性的机制，”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。“这包括对相关关键细胞和受体的了解，最佳的植入几何形状和身体的物理位置，现在，在这篇论文中，特定的分子可以带来生物相容性。”总之，我们希望这些论文能为新一代治疗糖尿病和其他疾病的生物医学植入物打开大门。”

研究人员认为，通过改变药物晶体的结构和成分，应该有可能创造出比他们在这些实验中研究的晶体寿命更长的晶体。这种制剂也可用于预防其他类型的可植入设备的纤维化。在这项研究中，研究人员表明，晶体药物可以被纳入PDMS中，PDMS是一种经常用于医疗设备的聚合物，也可以用于包裹葡萄糖传感器和肌肉电刺激设备的组件，其中包括塑料和金属等材料。

安德森说:“这不仅对我们的胰岛细胞治疗有用，而且对帮助许多不同的设备长期工作也有用。”

这项研究由JDRF、美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)、利昂娜M. (Leona M.)和哈利b赫尔姆斯利慈善信托基金会(Harry B. Helmsley Charitable Trust Foundation)以及塔伊巴迪家庭基金会(Tayebati Family Foundation)资助。

论文的其他作者包括麻省理工学院首席研究科学家彼得·穆勒;麻省理工学院研究生Atieh Sadraei和Malia McAvoy;麻省理工学院研究附属机构;前麻省理工学院博士后凯蒂·奥拉夫森;麻省理工学院技术助理Keval Vyas;前麻省理工学院研究生何喜潭;麻省理工学院博士后Piotr Kowalski;麻省理工学院前本科生Marissa Griffin和Ashley孟;Joslin糖尿病中心的Jennifer Hollister-Locke和Gordon Weir;哈佛大学的亚当·格雷厄姆;芝加哥伊利诺斯大学的James McGarrigle和Jose Oberholzer;以及麻省大学医学院的Dale Greiner。