研究揭示了1型糖尿病治疗的潜在突破
对于全球超过700亿的1型糖尿病患者来说，让宿主免疫系统耐受植入的胰岛素分泌细胞的存在可能会改变生活。
莱斯大学的生物工程师Omid Veiseh和合作者确定了新的生物材料配方，可以帮助翻开1型糖尿病治疗的一页，为一种更可持续，长期，自我调节的方式来处理这种疾病打开大门。
为此，他们开发了一种新的筛选技术，该技术涉及在将每种生物材料配方植入活体受试者之前，用独特的“条形码”标记数百个生物材料配方。
根据《自然生物医学工程》的研究，使用其中一种藻酸盐制剂包封人胰岛素分泌胰岛细胞可长期控制糖尿病小鼠的血糖水平。涂有另外两种高性能材料的导管不会堵塞。
“这项工作的动机是未满足的主要需求，”德克萨斯州生物工程和癌症预防和研究所的莱斯助理教授Veiseh说。“在1型糖尿病患者中，身体的免疫系统攻击胰腺的胰岛素产生细胞。当这些细胞被杀死时，患者失去了调节血糖的能力。
几十年来，科学家们一直在努力实现Veiseh所谓的“圣杯”目标，即将胰岛细胞安置在由保护材料制成的多孔基质中，该基质使细胞能够获得氧气和营养物质而不会受到宿主免疫系统的破坏。
然而，由于筛选限制，具有最佳生物相容性的材料很难找到。一方面，免疫系统对给定植入生物材料的反应只能在活宿主中评估。
“问题是免疫反应需要在这些糖尿病小鼠体内进行研究，而不是在试管中，”Veiseh实验室的研究生，该研究的共同主要作者Boram Kim说。“这意味着，如果你想筛选这数百种藻酸盐分子，那么你需要有数百名动物试验对象。我们的想法是在同一测试对象中同时筛选数百种生物材料。
另一方面，不同的生物材料配方看起来相同，因此在没有一些明显特征的情况下，不可能识别高性能的配方。这使得每个宿主测试一种以上的生物材料变得不可行。
“它们是不同的材料，但它们看起来是一样的，”Veiseh说。“一旦它们被植入测试对象的体内，然后再次取出，我们就无法区分材料，也无法确定哪种材料配方效果最好。
为了克服这些限制，Veiseh和合作者想出了一种方法，用独特的“条形码”标记每个藻酸盐配方，使他们能够识别出表现最好的藻酸盐配方。
“我们将每种修饰的生物材料与来自不同供体的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)配对，”Kim说。
“HUVEC细胞，因为它们来自独特的供体，作为一个条形码，使我们能够知道最初使用了什么材料，”Veiseh补充道。“赢家是那些有活细胞的人。一旦我们找到它们，我们就对这些细胞的基因组进行了测序，并找出与它配对的材料。这就是我们发现最热门歌曲的方式。
干细胞来源的胰岛细胞在糖尿病患者中的使用试验正在进行中。然而，目前的胰岛治疗需要免疫抑制，使其成为治疗1型糖尿病的一种繁重的方法。
“目前，为了在糖尿病患者中使用植入的胰岛细胞，你必须抑制整个免疫系统，就像你试图进行器官移植一样，”Veiseh说。“这给患者带来了很多并发症。
“他们可能会患上癌症，他们无法抵抗感染，所以，对于绝大多数患者来说，最好在他们自己注射的地方进行胰岛素治疗。使用这种生物材料封装策略，不需要免疫抑制。
将实际的HUVEC细胞放置在生物材料胶囊内增加了宿主免疫系统检测到外来存在的可能性。这使得实验比简单地测试对生物材料的免疫反应更可靠。
“我们想测试这些材料的库，在珠子内有细胞的选择压力下，使材料更难不被免疫系统注意到，”Veiseh说。“所有胰岛细胞制造商都对能够摆脱免疫抑制感兴趣，而是使用这些藻酸盐水凝胶基质来保护植入的细胞。
新的高通量“条形码”方法可以部署，以使用更少的现场测试对象筛选其他医疗应用。
“这实际上为我实验室的许多其他项目提供了信息，我们正在从其他疾病适应症的细胞中进行生物生产，”Veiseh说。“同样的修改可以应用于进入人体的所有类型的材料。这不仅限于细胞移植。我们开发的技术可以与许多不同的设备概念配对。
“例如，一些糖尿病患者使用自动泵系统自行管理胰岛素。这些泵系统上的导管必须每隔几天更换一次，因为它们会堵塞。我们能够证明，用这些新材料涂覆导管可以防止堵塞。
“有了这种新的基于细胞的条形码技术，生物材料研究得到了前所未有的推动，这将加速向临床适用产品的转化，并使其更实惠，”弗吉尼亚大学移植外科医生和生物工程师José Oberholzer博士说。
“这是一个真正的范式转变。通过这种方法，我们现在可以一次筛选数百种生物材料，并选择人体不排斥的生物材料。我们可以保护细胞移植物免受免疫系统的攻击，而无需免疫抑制药物，“Oberholzer补充道。
前莱斯大学生物工程教授、现任NuProbe美国首席执行官David Zhang指出，“高通量DNA测序已经彻底改变了许多生物医学领域。
“我很高兴与Omid合作，利用我的团队在DNA测序方面的专业知识开发改进的生物材料，”张补充说，他是该基金的共同研究员。“这些改进的生物材料可以使持久的植入细胞疗法发挥活体药物工厂的作用，并且可以对患有各种慢性疾病的患者产生积极的破坏性影响。