西北大学
一个由西北大学共同领导的多机构科研团队在可植入式"活体药房"领域取得关键突破——这种微型装置内含能持续在体内生产药物的基因工程改造细胞。
在最新研究中，团队成功改造细胞使其同步生产三种不同生物制剂：抗HIV抗体、用于治疗2型糖尿病的GLP-1类似肽，以及调控食欲与代谢的瘦素激素。当植入小型动物模型皮下时，该装置使药物生产细胞保持活性，并稳定同步递送全部三种疗法。
该系统命名为HOBIT（植入治疗用混合供氧生物电子系统缩写），将工程化细胞与产氧生物电子设备集成。大小约等于折叠的口香糖，该设计既能屏蔽身体免疫系统对细胞的攻击，又能为细胞提供氧气和营养物质，维持其活性并持续生产生物制剂达数周之久。
经进一步完善，活体药房有望通过单次长效疗法治疗慢性疾病——使患者免于携带、注射或记忆服药的困扰。
本研究将于周五（3月27日）发表在细胞出版社期刊《Device》上。该项目由西北大学、莱斯大学和卡内基梅隆大学联合主导。
"这项工作彰显了全集成生物杂交平台治疗疾病的广阔潜力，"项目共同首席研究员、负责设备开发的西北大学乔纳森·里夫奈表示，"传统生物制剂通常半衰期差异显著，维持多种疗法的稳定水平颇具挑战。而我们的植入式'细胞工厂'持续生产这些生物制剂，结合供氧技术维持细胞活性，使我们能同步稳定维持多种治疗药物的水平。"
里夫奈现任西北大学麦考密克工程学院 Jerome B. Cohen 工程学教授、生物医学工程教授及材料科学与工程教授，同时是合成生物学中心和奎里·辛普森再生工程研究所成员。他与莱斯大学的奥米德·韦伊塞和卡内基梅隆大学的扎希·科恩-卡尼共同领导该研究。
新鲜空气的供给
尽管可植入活体药房有望变革多种疾病治疗，但这些微型细胞工厂面临顽固的生物学障碍：氧气。当工程化细胞在植入体内紧密聚集时，会因争夺氧气而死亡——若供应不足，大量细胞将无法存活，限制装置产药能力。
HOBIT系统通过开发细胞所需位置的直接供氧方案攻克此挑战。该研究基于2023年里夫奈团队在《自然·通讯》发表的成果：当时他们展示了微型电化学装置通过分解邻近水分子产氧的技术。
虽然早期研究表明局部供氧能显著提升植入治疗细胞的存活率，但新研究更进一步。最新迭代将产氧技术整合为完全可植入的无线系统，专为长期疗法设计。
HOBIT包含三大核心组件：容纳基因工程细胞的细胞舱、微型产氧器，以及调控产氧并与外部设备无线通信的电子元件与电池。由于装置在植入体内直接产氧，细胞能获得持续供应——即使在低氧环境中亦然。
"我们直接在细胞所需位置产氧，"里夫奈解释道，"这使我们能在更小空间内维持更高细胞密度。HOBIT的细胞密度约为传统无供氧封装方案的六倍。"
延长细胞存活性
为验证平台能力，研究者改造细胞生产三种不同半衰期的生物制剂。将装置植入大鼠皮下后，持续监测其血液中药物水平达30天。
供氧植入组动物的血液检测显示，全部三种生物制剂在整个实验期间维持稳定水平。而未供氧装置组中，短半衰期生物制剂在第七天即无法检测，长半衰期分子也随时间持续下降。
测试期结束时，供氧装置内约65%的细胞保持活性，对照组仅约20%。
下一步，研究团队计划在更大动物模型中测试该技术，并探索疾病特异性应用，包括基于移植胰腺细胞的疗法。
"我们开始看到生物电子学与细胞疗法如何在单一平台协同工作，"里夫奈表示，"随着技术持续发展，此类装置未来或将成为体内的可编程药物工厂——以当今无法实现的方式递送复杂疗法。"
本研究《用于封装细胞疗法原位供氧的无线全植入平台设计》获得Breakthrough T1D和美国国防高级研究计划局资助。
【全文结束】
