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用於糖尿病研究的胰島晶片

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2019/09/02
哈佛科學家結合片上器官與幹細胞技術,成為糖尿病研究和β細胞移植的有力工具。圖片由Michael Rosnach / SEAS提供

透過結合兩種強大的技術,科學家們將糖尿病研究提升到一個全新的層次。在由哈佛大學的Kevin Kit Parker領導,並於829日發表在《片實驗室》雜誌上的一項研究中,微流體和人體胰島素生成β細胞已被整合到晶片上。這種新設備使科學家能夠更容易地篩選胰島素生成細胞,然後將其移植到患者體內,測試胰島素刺激化合物,並研究糖尿病的基本生物學。

胰島晶片的設計靈感來自人類胰腺,其中細胞島(“胰島”)從血流中接收葡萄糖的連續資訊流,並根據需要調整其胰島素產生。

哈佛幹細胞研究所(HSCI)聯合主任Douglas Melton解釋道:「如果想要治癒糖尿病,必須恢復患者自己製造和輸送胰島素的能力。在胰腺中製造的β細胞,具有測量糖和分泌胰島素的作用,但在糖尿病患者中,這些細胞不能正常運作。現在,我們可以使用幹細胞為它們製造健康的β細胞。」

在將β細胞移植到患者體內之前,必須對它們進行測試以確定它們是否正常運作。目前給予細胞葡萄糖以引發胰島素反應,收集樣品,添加試劑,並進行測量以查看每個中存在多少胰島素的方法,是基於20世紀70年代的技術,且因手動過程和轉譯需要很長時間才能完成,以致許多臨床醫生完全放棄。

新的自動化微型設備可即時提供結果,從而加快臨床決策制定。

該論文的共同第一作者,派克實驗室的Aaron Glieberman 博士說:「我們的設備將胰島分成不同的線,同時向每個胰島輸送葡萄糖脈衝,並檢測產生多少胰島素。它將葡萄糖刺激和胰島素檢測結合在同一條流路中,因此可以快速為臨床醫生提供可操作的資訊。該設計還採用了適合大規模製造的材料,意味著有更多的人能夠使用。」

「片上胰島讓我們可以監測捐贈,或製造胰島細胞如何釋放胰島素,」哈佛大學生物工程與應用物理學家Parker教授說。 「這意味著我們可以在糖尿病細胞治療方面取得重大進展。該裝置可以更容易地篩選刺激胰島素分泌的藥物,測試幹細胞衍生的β細胞,並研究胰島的基本生物學。」

哈佛大學的技術開發辦公室已經提交了與該技術相關的專利申請,並正在積極探索商業化的機會。

共同作者,專注於胰島基礎生物學的佛羅里達州立大學教授Michael Roper說:「令人興奮的是,看到我們的實驗室測量胰島功能的方法,從個體胰島向更大的胰島組推進,並納入可在社區廣泛使用的設備中。現在,我們的設備整合了葡萄糖輸送、胰島定位和捕獲、試劑混合和胰島素檢測,並且需要的試劑少得多。因此,實驗室可以用相同的成本、更短更簡單的過程,進行更多的實驗。」

該研究的共同第一作者,博士後研究員Benjamin Pope 說:「這項可以為糖尿病提供細胞療法的技術,用於糖尿病研究和移植篩檢,因為它也是許多不同技術的完美結合。自動胰島捕獲背後的物理學、微流體、即時傳感器及其背後的生物化學、電子和數據採集組件,甚至是軟體,整個設備和操作系統,整合了來自不同領域的許多東西。」

除了應用於糖尿病外,該裝置還有望與其他組織和器官一起使用。「我們可以修改核心技術,以感知各種微生理系統中的功能,」Glieberman說。「由於能夠持續檢測細胞分泌物,我們希望更容易探索細胞如何使用蛋白質信號進行通信。這項技術最終可能為診斷和治療的健康動態指標,提供新的見解。」