新研究：一條“線”型的人工胰島裝置

美國患有1型糖尿病的人群超過1百萬， 每日的胰島素注射實際上是一個生死攸關的問題。 雖然無法治癒， 但是康奈爾大學的而研究團隊已經開發了一種可以變革這種疾病管理的裝置。

對於1型糖尿病來說， 產胰島素的胰腺細胞簇（胰島）被身體的免疫系統破壞了。 由來自農業與生命科學學院生物與環境工程系助理教授Minglin Ma所領導的研究團隊設計了一個巧妙的方法， 可以將數百至數千個胰島細胞移植進患者體內。 它們被保護在一層薄薄的水凝膠內， 更重要的是， 這層報備粘附在一條聚合物線上， 這使得當它們不能再被使用時可以簡單地移除和替換。 這篇文章發表在12月25日的《PNAS》上， 題為“Designing a Retrievable and Scalable Cell Encapsulation Device forPotential Treatment of Type 1 Diabetes”， 共同作者是博士生Duo An 和 Alan Chiu。

幹細胞移植， 能夠產生胰島素的胰島細胞是胰島素療法的另外一種選擇， 但是這需要長期使用藥物來抑制免疫系統。 一個能夠很好的避開免疫系統的方法是在胰島細胞外包裹一層薄薄的水凝膠，

直徑在百微米級， 這樣可以實現對胰島細胞的保護。 然而， 這些小“膠囊”很難被從身體內移除， 因為它們彼此間並不連接在一起， 並且數以千計。 能夠移除這些植入細胞的能力就非常關鍵了， 因為所使用的幹細胞來源的胰島細胞具有形成腫瘤的潛力。 “當它們失效或者死亡， 它們需要從身體內取出， ”Ma說， “你也不希望在身體內放了取不出來的東西。 通過我們的方法， 這就不是問題。 ”

以蜘蛛網上結水珠的靈感， Ma和他的團隊首先嘗試將含有胰島細胞的“膠囊”通過一根線連接起來， 但是， 他們意識到讓水凝膠均勻地線上週邊會更好。

這個線型裝置是一種離子化鈣釋放、納米多孔聚合物線。

該裝置首先以兩種無菌的尼龍縫合線纏繞成螺旋結構， 然後折疊， 以方便後續的納米孔結構塗層。 放置在這條線上的是一層薄薄的封裝在海藻酸水凝膠內的胰島細胞， 它附著在螺旋狀的納米孔線上， 類似於粘在蜘蛛絲上的露珠。 海藻酸鹽是一種海藻萃取物， 通常用於封裝細胞移植。

據Ma介紹， 這種裝置被稱為TRAFFIC（螺紋增強海藻酸纖維用於胰島包封）， 是由蜘蛛網啟發的。 水凝膠均勻地覆蓋了線的表面， 所以這種線更好。 他說：“這樣膠囊之間沒有空隙。 有了蜘蛛絲， 水珠之間仍然有縫隙。 在我們的案例中， 空隙會造成疤痕組織和類似的疤痕。 ”而且由於線是扭曲和多孔的， 所以水凝膠將不會像在單一光滑的材料片上那樣容易脫落。

Ma說， TRAFFIC的大表面積促進了更好的大量轉移， 遞送很好， 因為所有的胰島細胞都在表面附近。 目前這款線的生命週期估計是6到24個月， 儘管有必要進行更多的測試。

在小鼠中， 通過植入一英寸長度的TRAFFIC兩天之後， 血糖轉變為正常水準， 直到實驗結束之前的至少三個月內， 也依然保持了正常。 在多隻狗中檢測了可回收性， 10英寸的樣品可以通過腹腔鏡成功的植入並移除。 在犬中進行手術的來自獸醫學院 James Flanders醫生說， 在不同的狗和被測試的裝置之間， 移除時裝置與周圍組織沒有或僅有極小的粘附。 在康奈爾科技許可中心的幫助下， TRAFFIC獲得了專利保護。

Flanders表示：“當Minglin第一次告訴我這件事的時候， 我覺得它太棒了。

雖然有其他類似的裝置， 但這個似乎有很多的希望。 它是最低反應性的， 能夠保護胰島細胞， 可以讓它們感知葡萄糖， 它們不會附著在任何東西上， 而且很容易被移除。 對我來說， 這聽起來像是雙贏。 ”

我們期待這款特殊的線型裝置能夠在未來説明更多的1型糖尿病患者。