一种更好的包裹胰岛细胞治疗糖尿病的方法

马萨诸塞州剑桥——当医疗设备被植入体内时，免疫系统经常攻击它们，在设备周围产生疤痕组织。这种称为纤维化的组织积聚可能会干扰设备的功能。

麻省理工学院的研究人员现在提出了一种新的方法，通过将晶体免疫抑制药物纳入设备来防止纤维化。植入后，药物缓慢分泌以抑制装置周围区域的免疫反应。

麻省理工学院和波士顿儿童医院共同发起的博士后Shady Farah说：“我们开发了一种晶体药物配方，可以针对植入物排斥的关键参与者，在局部抑制他们，并使设备运行一年以上。这项研究的作者将是沃尔夫森化学工程研究所的助理教授和以色列理工学院拉塞尔贝利纳米技术研究所的新职位。

研究人员已经证明，这些晶体可以显著改善被包裹的胰岛细胞的性能，它们正在被开发为1型糖尿病患者的可能治疗方法。这种晶体还可以应用于各种其他可植入医疗设备，如起搏器、支架或传感器。

Joshua Doloff是麻省理工学院的前博士后，目前是生物医学和材料科学工程的助理教授，约翰霍普金斯大学医学院转化组织工程中心的成员，也是这篇论文的主要作者，论文发表在6月24日的《自然》杂志上。材料。丹尼尔安德森是麻省理工学院化学工程系的副教授，也是麻省理工学院科赫综合癌症研究所和IMES的成员，是这篇论文的高级作者。

结晶药物

安德森的实验室是众多研究小组中的一个，致力于将胰岛细胞封装并移植到糖尿病患者体内，希望这些细胞能够取代患者无功能的胰腺细胞，消除日常胰岛素注射的需要。

纤维化是这种方法的主要障碍，因为疤痕组织会阻止胰岛细胞获得氧气和营养。在2017年的一项研究中，安德森和他的同事们表明，系统施用阻断细胞受体的药物可以通过抑制对植入设备的免疫反应来防止纤维化。这种药物针对称为巨噬细胞的免疫细胞，巨噬细胞是导致炎症导致纤维化的主要细胞。

“这项工作的重点是确定下一代药物靶点，即细胞和细胞因子参与者对纤维化至关重要，”该研究的主要作者Dollof说，该研究还涉及Farah。他补充说：“在知道我们必须阻止纤维化的目标并筛选出需要这样做的候选药物后，我们仍然需要找到一种复杂的方法来实现尽可能长时间的局部输送和释放。”

在这项新的研究中，研究人员开始寻找一种方法，将药物直接装载到可植入设备中，以避免给患者服用抑制其整个免疫系统的药物。

“如果你体内植入了一个小装置，你不希望你的整个身体都暴露在影响免疫系统的药物中。这就是为什么我们对创造从设备本身释放药物的方法感兴趣。”安德森说。

为了实现这一目标，研究人员决定尝试将药物结晶，然后将其添加到设备中。这允许药物分子被非常紧密地包装，并且允许药物递送装置小型化。另一个好处是晶体溶解需要很长时间，所以药物可以长时间输送。并不是每种药物都可以轻易结晶，但研究人员发现，他们使用的CSF-1受体抑制剂可以形成晶体，晶体的大小和形状可以控制，这决定了药物分解所需的时间。一次在体内。

“我们发现这些药物的释放非常缓慢且可控，”Farah说。“我们将这些晶体放入不同类型的设备中，并表明在这些晶体的帮助下，我们可以长期保护医疗设备并保持其正常运行。”

包裹的胰岛细胞

为了测试这些药物晶体制剂是否能够提高包裹胰岛细胞的有效性，研究人员将药物晶体混合到直径为0.5毫米的藻酸盐球体中，以包裹细胞。当这些球体被移植到糖尿病小鼠的腹部或皮下时，它们保持纤维化超过一年。在此期间，小鼠不需要注射任何胰岛素，因为胰岛细胞可以像胰腺通常所做的那样控制血糖水平。

“在过去的三年里，我们的团队在《自然》杂志上发表了七篇论文——这是第七篇论文——阐明了生物相容性的机制，”麻省理工学院大卫h科赫研究所教授兼作者罗伯特兰格说。论文。“这包括了解相关的关键细胞和受体、最佳植入物几何形状和体内物理位置，现在，在本文中，还有可以被赋予生物相容性的特定分子。简而言之，我们希望这些论文能打开一扇门。治疗糖尿病和其他疾病的新一代生物医学植入物。”

研究人员认为，通过改变药物晶体的结构和成分，应该有可能使晶体比他们在这些实验中研究的晶体更长。这种制剂也可用于预防其他类型的可植入装置的纤维化。在这项研究中，研究人员表明，晶体药物可以被纳入PDMS(一种常用于医疗设备的聚合物)，也可以被用于涂覆葡萄糖传感器和肌肉电刺激设备的组件，包括塑料和其他材料。金属。

“它不仅对我们的胰岛细胞疗法有用，而且有助于使许多不同的设备长期工作，”安德森说。

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