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澳大利亞科學家發明“智能蛋盒”,將有望治癒糖尿病!

我們開發了“智慧蛋盒”包裝,用於將活的人類胰腺細胞移植到糖尿病患者體內。

蛋盒提供氧氣並允許物理分離,以防止運輸過程中細胞(稱為胰島細胞)的損傷和死亡。

除了整個胰腺移植(其具有高死亡率)之外,目前唯一的治療糖尿病的方法是胰島細胞移植。這是一個適用於複雜1型糖尿病患者的程式。

儘管數百名患者成功接受了供體胰島細胞,但如果更多的細胞在最初的清除和運輸階段中存活下來,細胞存活率和有效的移植率將大大提高。

我們的技術解決這個問題。

胰島移植可以治癒糖尿病

在患有1型糖尿病的患者中,胰腺不能產生胰島素,胰島素是負責葡萄糖代謝的激素。因此,這些患者需要不斷監測血糖水準,並全天使用胰島素注射進行調整。

長期來看,血糖水準不穩定對患者的健康有重大影響,主要是由於導致眼,腎,神經和心血管系統疾病的非常小的血管的變化。

正常情況下,

胰島素是由β細胞產生的(發音為“β細胞”)。 β細胞存在於胰腺中,稱為“胰島”。與β細胞一起,胰島內的其他細胞也產生獨特和特異的激素。這些細胞一起起著調節血糖水準的作用。

在20世紀80年代後期,當卡米洛·裡科迪博士設計出一種可行的方法來分離所需數量的這些細胞時,將健康胰島移植到糖尿病患者的想法成為了現實。現在隨著抗排斥藥物療法的改進,胰島移植被用於治療1型糖尿病:全世界數百名患者接受了移植。

胰島移植需要單個鎖孔手術來將胰島精確定位在患者腹部內,通常需要快速恢復。

需求高但可用性低

與任何移植手術一樣,胰島移植受到少量器官捐獻者和患糖尿病人數增加的拖累(全球超過4.25億人)。

但還有另一個限制因素—— 一旦與胰腺分離,胰島非常脆弱,在移植前多達35%會死亡。

預計移植胰島的存活率將顯著改善患者的可用性和臨床結果。

皇家阿德萊德醫院腎臟和胰島移植主任派翠克(托比)科茨說:“如果我們能夠在移植前保留更多的胰島,患者在大多數情況下只需要一次移植,今天我們需要多個器官供體和移植手術治療一名糖尿病患者。”

捐獻者(已同意器官捐獻的死者)的數量以及捐獻者對患者的免疫匹配,移植的數量每年都有所不同。

治療更多患者:挑戰

當從捐獻者收集胰臟時,

需要特定的程式來提取位於胰臟內的胰島。這種隔離只能在配備有精密設備的無菌設施(免受污染)下進行。

在澳大利亞,與其他國家一樣,隔離集中在墨爾本和悉尼,然後將胰島運送到不同的移植中心。但是由於胰島由代謝速度非常快的細胞組成,它們需要大量的營養和氧氣。如果沒有這些,細胞就不會產生胰島素和用於調節血糖水準的其他激素。

一旦與宿主的血管斷開,胰島迅速開始挨餓和窒息,這兩者都降低了細胞存活的機會。

改善胰島運輸

世界各地的許多實驗室都在努力延長胰島的保質期。我們開發了兩種全新的技術來解決運輸過程中胰島死亡的原因——提供氧氣和防止物理損傷。

第一個發展是一種便宜的塗層,一旦與胰島接觸就釋放出氧氣。我們已經表明,塗層可以為動物β細胞提供足夠的氧氣以在低氧環境中生存(如在運輸過程中遇到的那樣)。我們希望很快將這項技術應用於人類細胞保護和運輸。

但這不是唯一的挑戰:運輸過程中胰島的移動也會造成損害。目前,胰島以袋子運送,其中胰島自由漂浮在由所需細胞營養物組成的溶液中。隨著袋子的移動,胰島被震動並彼此反彈。這些相互作用會破壞胰島。

在嘗試了不同的生物材料並測試了幾種包裝形狀之後,我們開發了一種類似蛋類的包裝。這使球形胰島彼此分離,並在運輸過程中保持其活力。

導聯圖像顯示使用螢光和掃描電子顯微鏡獲得的兩個圖像的疊加。坐在“蛋箱”的井內的是亮綠色的胰島細胞。

希望未來

我們利用這項技術,成功地運送了墨爾本和阿德萊德之間的動物和人類胰島細胞,這些細胞平均每個挨餓挨了6個小時。我們的蛋箱包裝改善了胰島存活。

將這種技術轉化為臨床將有望提高運輸過程中的胰島存活率,並為更多的人群提供胰島移植。現在這項技術需要擴大規模以容納治癒病人所需的500,000個胰島。

但是更大的挑戰仍然是:改善移植後胰島的長期存活。新的生物材料和先進的工程解決方案也可以説明我們解決這個問題,包括支架的開發,這些支架可以增強移植後從血管到胰島的營養物質和氧氣的輸送。

用悉尼大學的合作者Bernie Tuch的話說:“由生物相容材料製成的先進醫療裝置可以在植入後保護胰島,這可以進一步改善移植手術,並使更多的患者從這種治療中受益。”(sunshine2015 208413)

胰島迅速開始挨餓和窒息,這兩者都降低了細胞存活的機會。

改善胰島運輸

世界各地的許多實驗室都在努力延長胰島的保質期。我們開發了兩種全新的技術來解決運輸過程中胰島死亡的原因——提供氧氣和防止物理損傷。

第一個發展是一種便宜的塗層,一旦與胰島接觸就釋放出氧氣。我們已經表明,塗層可以為動物β細胞提供足夠的氧氣以在低氧環境中生存(如在運輸過程中遇到的那樣)。我們希望很快將這項技術應用於人類細胞保護和運輸。

但這不是唯一的挑戰:運輸過程中胰島的移動也會造成損害。目前,胰島以袋子運送,其中胰島自由漂浮在由所需細胞營養物組成的溶液中。隨著袋子的移動,胰島被震動並彼此反彈。這些相互作用會破壞胰島。

在嘗試了不同的生物材料並測試了幾種包裝形狀之後,我們開發了一種類似蛋類的包裝。這使球形胰島彼此分離,並在運輸過程中保持其活力。

導聯圖像顯示使用螢光和掃描電子顯微鏡獲得的兩個圖像的疊加。坐在“蛋箱”的井內的是亮綠色的胰島細胞。

希望未來

我們利用這項技術,成功地運送了墨爾本和阿德萊德之間的動物和人類胰島細胞,這些細胞平均每個挨餓挨了6個小時。我們的蛋箱包裝改善了胰島存活。

將這種技術轉化為臨床將有望提高運輸過程中的胰島存活率,並為更多的人群提供胰島移植。現在這項技術需要擴大規模以容納治癒病人所需的500,000個胰島。

但是更大的挑戰仍然是:改善移植後胰島的長期存活。新的生物材料和先進的工程解決方案也可以説明我們解決這個問題,包括支架的開發,這些支架可以增強移植後從血管到胰島的營養物質和氧氣的輸送。

用悉尼大學的合作者Bernie Tuch的話說:“由生物相容材料製成的先進醫療裝置可以在植入後保護胰島,這可以進一步改善移植手術,並使更多的患者從這種治療中受益。”(sunshine2015 208413)