研究人员设计合成β细胞分泌胰岛素以应对高血糖
长期以来，治疗1型糖尿病和一些2型糖尿病需要痛苦而频繁的胰岛素注射或机械胰岛素泵来输注胰岛素。但来自北卡罗来纳大学和北卡罗来纳州立大学的研究人员现在已经开发出一种对患者更友好的选择:当葡萄糖水平上升时，人工细胞会自动将胰岛素释放到血液中。
这些“人造贝塔”细胞(abc)模仿人体天然葡萄糖控制器的功能，即胰腺分泌胰岛素的β细胞。这些细胞的丧失或功能障碍导致1型糖尿病还有很多2型糖尿病的病例。他们的想法是，a β c可以被皮下植入患者体内，每隔几天更换一次，或者用无痛的一次性皮肤贴片。
正如研究人员报告的那样自然化学生物学在美国，只需向缺乏β细胞的糖尿病小鼠注射一次abc，就能迅速使动物的血糖水平恢复正常，并在长达五天的时间内保持正常水平。
“我们现在的计划是在更大的动物身上进一步优化和测试这些合成细胞，为它们开发一种皮肤贴片输送系统，并最终在糖尿病患者身上进行测试，”首席研究员、北卡罗来纳大学/北卡罗来纳州生物医学工程联合系教授Zhen Gu博士说。顾还在北卡罗来纳大学医学院、北卡罗来纳大学埃舍曼药学院和北卡罗来纳大学糖尿病护理中心任职。
在美国，至少有600万人使用胰岛素作为糖尿病的治疗方法，要么通过注射，要么通过机械泵。到目前为止，以药丸形式提供胰岛素一直具有挑战性，因为它是一种大分子，在到达血液之前会被消化酶和酸破坏。
然而，目前胰岛素治疗的主要问题不是它们不能以药丸的形式传递，而是它们不能像正常分泌胰岛素的胰腺细胞那样自动有效地控制血糖水平。移植的胰腺细胞在某些情况下可以解决这个问题。然而，这种细胞移植是昂贵的，需要供体细胞，通常供应不足，需要免疫抑制药物，并且由于移植细胞的破坏而经常失败。
顾和他的同事们在过去十年的大部分时间里一直在研究胰岛素输送问题的解决方案。对于这个项目，他们采用了一种特别雄心勃勃的方法:制作人工细胞那，在很大程度上，做什么自然胰腺细胞做的。
顾的abc是用正常细胞的两层脂膜的简化版本构建的。关键的创新在于这些细胞所包含的东西:特殊设计的填充胰岛素的囊泡。血糖水平的升高导致囊泡涂层的化学变化，导致囊泡开始与ABC的外膜融合，从而释放胰岛素有效载荷。
“这是第一次使用这种囊泡融合过程来输送胰岛素，它使用含有胰岛素的囊泡，就像在β细胞中发现的那样，可以再现β细胞在感知葡萄糖和胰岛素‘分泌’反应方面的功能，”顾海峰实验室的第一作者、博士后研究员陈兆伟博士说。
在实验室培养皿测试和没有培养皿的糖尿病小鼠中，abc显示出对过量葡萄糖水平的快速反应β细胞．“小鼠在一小时内从高血糖状态转为正常血糖状态，在此之后的5天内保持正常血糖状态，”Gu说。
注射无胰岛素abc的对照组小鼠仍然高血糖。
顾和他的同事计划进行进一步的临床前测试，并期望开发出一种方法，通过可以简单替换的皮肤贴片无痛地输送细胞。
合著者John Buse医学博士，北卡罗来纳大学Verne S. Caviness杰出教授，内分泌科主任，北卡罗来纳大学糖尿病护理中心主任，他说:“在尝试进行人体研究之前，优化这种人工细胞方法仍需要大量工作，但到目前为止，这些结果是使用化学工程而不是机械泵或活体移植来解决糖尿病问题的新方法的显著的，创造性的第一步。”顾和他的团队也在分别研究无细胞电池皮肤补丁一种“智能胰岛素贴片”血糖水平和分泌胰岛素按需进入血液。
