麻省理工学院研究人员正在开发一种可植入设备，其中包含能产生胰岛素的细胞。该设备对细胞进行封装以防止免疫排斥反应，同时还配备机载氧气发生器维持细胞健康。
研究人员希望，这种设备能为实现1型糖尿病的长期控制提供新途径。在最新研究中，他们证实这些封装的胰腺胰岛细胞在体内至少可存活90天。接受植入的小鼠体内，这些细胞保持功能活性并产生足量胰岛素，有效控制了动物的血糖水平。
麻省理工学院化学工程系教授、科赫综合癌症研究所及医学工程与科学研究所成员丹尼尔·安德森表示："胰岛细胞疗法可能成为患者的革命性治疗方案。然而，现有方法需要配合免疫抑制药物，这对部分患者可能造成严重副作用。我们的目标是找到一种方法，使患者在无需免疫抑制的情况下获得细胞疗法的益处。"
该研究发表在《Device》期刊上。论文资深作者为安德森，主要作者包括现任斯坦福大学电气工程助理教授的前麻省理工研究科学家悉达多·克里希南，以及前麻省理工博士后研究员马修·博切诺克。麻省理工学院大卫·科赫讲席教授罗伯特·兰格也是共同作者。
按需产胰岛素
胰岛细胞移植已成功应用于糖尿病患者治疗。这些胰岛细胞通常来源于人类遗体，或近期通过干细胞生成。无论哪种来源，患者都必须服用免疫抑制药物防止免疫系统排斥移植细胞。
防止免疫排斥的另一种方法是将细胞封装在保护性设备中。但这带来新挑战：包裹细胞的涂层可能阻碍其获取足够氧气。
在2023年的一项研究中，安德森及其同事报告了一种同时配备机载氧气发生器的胰岛封装设备。该发生器由质子交换膜构成，可将体内丰富的水蒸气分解为氢气和氧气。氢气无害扩散，氧气则进入储氧腔，通过超薄透氧膜供给胰岛细胞。
研究发现，封装在此类设备中的细胞在植入小鼠体内后可持续产胰岛素长达一个月。
克里希南表示："一个月周期验证了基础概念可行性，但从临床转化角度看，证明更长的持续时间至关重要。"
在新研究中，研究人员通过增强设备防水性和抗开裂能力延长了其使用寿命。他们还优化了设备电子元件，为氧气发生器提供更多电力。该植入物通过皮肤外部天线无线供电，能量传输至设备内部。通过优化电路设计，研究人员提高了输送至氧气生成系统的功率。
额外电力使设备能产生更多氧气，帮助封装细胞更有效地存活和发挥功能，从而使细胞随时间推移产生大量胰岛素。
蛋白质工厂
在大鼠和小鼠实验中，研究人员证实该新设备在皮下植入后至少可运行90天。在此期间，供体胰岛细胞产生足量胰岛素，将动物血糖水平维持在健康范围内。
研究人员对源自诱导多能干细胞的胰岛细胞也获得类似结果。这类细胞未来或可提供无限供应，适用于所有需要治疗的患者。虽然这些胰岛细胞未能完全逆转糖尿病，但确实实现了血糖水平的部分控制。
博切诺克表示："我们希望未来若给予细胞更长时间充分成熟，它们将分泌更多胰岛素，从而更好调节动物体内的糖尿病。"
研究人员计划进一步研究如何使设备在体内持续工作更长时间——达两年甚至更久。
安德森表示："胰岛细胞的长期存活是重要目标。若处于适宜环境，这些细胞似乎能长期存活。我们对已实现的持续时间感到振奋，并将致力于尽可能延长其功能。"
研究人员还在探索利用该技术递送其他功能性细胞的可能性，例如可产生抗体、酶或凝血因子的细胞。
安德森指出："我们认为这些技术可通过体内制药而非体外制药的方式，为人类疾病提供长期治疗方案。许多蛋白质疗法需要患者接受反复且漫长的输注治疗。我们相信可以创建一种设备，在患者需要时按需持续生成蛋白质治疗剂。"
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