科学家利用3D打印和智能生物材料为1型糖尿病患者制作产生胰岛素的植入物

来源: cnBeta

莱斯大学的生物工程师们正在使用3D打印和智能生物材料为1型糖尿病患者创造一种产生胰岛素的植入物。这个为期三年的项目是Omid Veiseh和Jordan Miller实验室之间的合作项目，由全球领先的糖尿病研究资助者JDRF提供资助。Veiseh和Miller将使用由人类干细胞制成的胰岛素分泌β细胞来创造一种植入物，通过在特定时间回应正确数量的胰岛素来感知和调节血糖水平。

生物工程助理教授Veiseh花了十多年时间开发生物材料，保护植入的细胞疗法不受免疫系统影响。生物工程系副教授Miller花了15年多的时间研究3D打印带有血管（或血管网络）的组织的技术。

Veiseh说：“如果我们真的想重现胰腺的正常功能，我们需要血管系统。这就是与JDRF合作的这项拨款的目的。胰腺自然有所有这些血管，而且细胞在胰腺中以特殊的方式组织。Jordan和我想按照自然界存在的相同方向进行打印。”

1型糖尿病是一种自身免疫性疾病，它导致胰腺停止产生胰岛素，即控制血糖水平的激素。大约160万美国人患有1型糖尿病，每天有超过100个病例被诊断出来。1型糖尿病可以通过注射胰岛素来控制。但是，平衡胰岛素摄入与饮食、运动和其他活动是很困难的。研究估计，在美国，只有不到三分之一的1型糖尿病患者能持续达到目标血糖水平。

Veiseh和Miller的目标是证明他们的植入物能够适当地调节糖尿病小鼠的血糖水平，至少持续6个月。要做到这一点，他们需要让他们的工程化β细胞有能力对血糖水平的快速变化做出反应。

Miller表示：“我们必须让植入的细胞靠近血液，这样β细胞就能感知并快速响应血糖的变化。”他说，理想情况下，胰岛素生产细胞距离血管不超过100微米。Miller说："我们通过先进的3D生物打印技术和宿主介导的血管重塑相结合，让每个植入物都有机会与宿主结合。

胰岛素生产细胞将受到由Veiseh开发的水凝胶配方的保护，他也是德克萨斯癌症预防和研究所的学者。这种水凝胶材料已被证明能有效地将细胞治疗方法封装在珠子大小的球体中，其孔隙小到足以使里面的细胞不被免疫系统攻击，但大到足以让营养物质和维持生命的胰岛素通过。

“血管可以进入其中，"”Veiseh说。“同时，我们有我们的涂层，我们的小分子，防止身体排斥凝胶。因此，它应该与身体非常协调。”

如果植入物对高血糖水平或低血糖水平的反应太慢，这种延迟会产生过山车般的效果，即胰岛素水平反复上升和下降到危险水平。

“解决这种延迟是这个领域的一个巨大问题，”Veiseh说。"当你给小鼠--以及最终给人类--一个模仿进食的葡萄糖挑战时，该信息需要多长时间才能到达我们的细胞，而胰岛素又是如何快速出来的？"通过在他们的植入物中加入血管，他和Miller希望能让他们的β细胞组织的行为更接近于模仿胰腺的自然行为。