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科學(xué)家利用3D打印和智能生物材料為1型糖尿病患者制作產(chǎn)生胰島素的植入物

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萊斯大學(xué)的生物工程師們正在使用3D打印和智能生物材料為1型糖尿病患者創(chuàng)造一種產(chǎn)生胰島素的植入物。這個為期三年的項目是Omid Veiseh和Jordan Miller實驗室之間的合作項目，由全球領(lǐng)先的糖尿病研究資助者JDRF提供資助。Veiseh和Miller將使用由人類干細胞制成的胰島素分泌β細胞來創(chuàng)造一種植入物，通過在特定時間回應(yīng)正確數(shù)量的胰島素來感知和調(diào)節(jié)血糖水平。

生物工程助理教授Veiseh花了十多年時間開發(fā)生物材料，保護植入的細胞療法不受免疫系統(tǒng)影響。生物工程系副教授Miller花了15年多的時間研究3D打印帶有血管（或血管網(wǎng)絡(luò)）的組織的技術(shù)。

Veiseh說：“如果我們真的想重現(xiàn)胰腺的正常功能，我們需要血管系統(tǒng)。這就是與JDRF合作的這項撥款的目的。胰腺自然有所有這些血管，而且細胞在胰腺中以特殊的方式組織。Jordan和我想按照自然界存在的相同方向進行打印。”

1型糖尿病是一種自身免疫性疾病，它導(dǎo)致胰腺停止產(chǎn)生胰島素，即控制血糖水平的激素。大約160萬美國人患有1型糖尿病，每天有超過100個病例被診斷出來。1型糖尿病可以通過注射胰島素來控制。但是，平衡胰島素攝入與飲食、運動和其他活動是很困難的。研究估計，在美國，只有不到三分之一的1型糖尿病患者能持續(xù)達到目標(biāo)血糖水平。

Veiseh和Miller的目標(biāo)是證明他們的植入物能夠適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)糖尿病小鼠的血糖水平，至少持續(xù)6個月。要做到這一點，他們需要讓他們的工程化β細胞有能力對血糖水平的快速變化做出反應(yīng)。

Miller表示：“我們必須讓植入的細胞靠近血液，這樣β細胞就能感知并快速響應(yīng)血糖的變化。”他說，理想情況下，胰島素生產(chǎn)細胞距離血管不超過100微米。Miller說："我們通過先進的3D生物打印技術(shù)和宿主介導(dǎo)的血管重塑相結(jié)合，讓每個植入物都有機會與宿主結(jié)合。

胰島素生產(chǎn)細胞將受到由Veiseh開發(fā)的水凝膠配方的保護，他也是德克薩斯癌癥預(yù)防和研究所的學(xué)者。這種水凝膠材料已被證明能有效地將細胞治療方法封裝在珠子大小的球體中，其孔隙小到足以使里面的細胞不被免疫系統(tǒng)攻擊，但大到足以讓營養(yǎng)物質(zhì)和維持生命的胰島素通過。

“血管可以進入其中，"”Veiseh說。“同時，我們有我們的涂層，我們的小分子，防止身體排斥凝膠。因此，它應(yīng)該與身體非常協(xié)調(diào)。”

如果植入物對高血糖水平或低血糖水平的反應(yīng)太慢，這種延遲會產(chǎn)生過山車般的效果，即胰島素水平反復(fù)上升和下降到危險水平。

“解決這種延遲是這個領(lǐng)域的一個巨大問題，”Veiseh說。"當(dāng)你給小鼠--以及最終給人類--一個模仿進食的葡萄糖挑戰(zhàn)時，該信息需要多長時間才能到達我們的細胞，而胰島素又是如何快速出來的？"通過在他們的植入物中加入血管，他和Miller希望能讓他們的β細胞組織的行為更接近于模仿胰腺的自然行為。