科學(xué)家利用3D打印和智能生物材料為1型糖尿病患者制作產(chǎn)生胰島素的植入物

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萊斯大學(xué)的生物工程師們正在使用3D打印和智能生物材料為1型糖尿病患者創(chuàng)造一種產(chǎn)生胰島素的植入物。這個為期三年的項目是Omid Veiseh和Jordan Miller實驗室之間的合作項目，由全球領(lǐng)先的糖尿病研究資助者JDRF提供資助。Veiseh和Miller將使用由人類干細(xì)胞制成的胰島素分泌β細(xì)胞來創(chuàng)造一種植入物，通過在特定時間回應(yīng)正確數(shù)量的胰島素來感知和調(diào)節(jié)血糖水平。

生物工程助理教授Veiseh花了十多年時間開發(fā)生物材料，保護植入的細(xì)胞療法不受免疫系統(tǒng)影響。生物工程系副教授Miller花了15年多的時間研究3D打印帶有血管（或血管網(wǎng)絡(luò)）的組織的技術(shù)。

Veiseh說：“如果我們真的想重現(xiàn)胰腺的正常功能，我們需要血管系統(tǒng)。這就是與JDRF合作的這項撥款的目的。胰腺自然有所有這些血管，而且細(xì)胞在胰腺中以特殊的方式組織。Jordan和我想按照自然界存在的相同方向進行打印。”

1型糖尿病是一種自身免疫性疾病，它導(dǎo)致胰腺停止產(chǎn)生胰島素，即控制血糖水平的激素。大約160萬美國人患有1型糖尿病，每天有超過100個病例被診斷出來。1型糖尿病可以通過注射胰島素來控制。但是，平衡胰島素攝入與飲食、運動和其他活動是很困難的。研究估計，在美國，只有不到三分之一的1型糖尿病患者能持續(xù)達(dá)到目標(biāo)血糖水平。

Veiseh和Miller的目標(biāo)是證明他們的植入物能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)糖尿病小鼠的血糖水平，至少持續(xù)6個月。要做到這一點，他們需要讓他們的工程化β細(xì)胞有能力對血糖水平的快速變化做出反應(yīng)。

Miller表示：“我們必須讓植入的細(xì)胞靠近血液，這樣β細(xì)胞就能感知并快速響應(yīng)血糖的變化。”他說，理想情況下，胰島素生產(chǎn)細(xì)胞距離血管不超過100微米。Miller說："我們通過先進的3D生物打印技術(shù)和宿主介導(dǎo)的血管重塑相結(jié)合，讓每個植入物都有機會與宿主結(jié)合。

胰島素生產(chǎn)細(xì)胞將受到由Veiseh開發(fā)的水凝膠配方的保護，他也是德克薩斯癌癥預(yù)防和研究所的學(xué)者。這種水凝膠材料已被證明能有效地將細(xì)胞治療方法封裝在珠子大小的球體中，其孔隙小到足以使里面的細(xì)胞不被免疫系統(tǒng)攻擊，但大到足以讓營養(yǎng)物質(zhì)和維持生命的胰島素通過。

“血管可以進入其中，"”Veiseh說。“同時，我們有我們的涂層，我們的小分子，防止身體排斥凝膠。因此，它應(yīng)該與身體非常協(xié)調(diào)。”

如果植入物對高血糖水平或低血糖水平的反應(yīng)太慢，這種延遲會產(chǎn)生過山車般的效果，即胰島素水平反復(fù)上升和下降到危險水平。

“解決這種延遲是這個領(lǐng)域的一個巨大問題，”Veiseh說。"當(dāng)你給小鼠--以及最終給人類--一個模仿進食的葡萄糖挑戰(zhàn)時，該信息需要多長時間才能到達(dá)我們的細(xì)胞，而胰島素又是如何快速出來的？"通過在他們的植入物中加入血管，他和Miller希望能讓他們的β細(xì)胞組織的行為更接近于模仿胰腺的自然行為。