哈佛研究:小晶片篩出胰島細胞,治癒糖尿病的重大進展

通過結合兩種強大的技術,科學家正在將糖尿病研究提高到一個全新的水平。在一項由哈佛大學的凱文·凱特·帕克(Kevin Kit Parker)領導的研究中,該研究於8月29日發表在《芯片實驗室》上,微流控技術和人類產生胰島素的β細胞已整合到一個胰島芯片中。新設備使科學家更容易在將胰島素產生細胞移植到患者體內,測試胰島素刺激化合物以及研究糖尿病的基本生物學之前,對其進行篩選。

 

美國哈佛大學發表的一項研究指出,科學家可以將微流體和人體胰島素生成β細胞,整合到特殊的晶片上,而這種新設備,能夠使科學家能夠更容易地篩選胰島素生成細胞。研究由Kevin Kit Parker教授領導,並發表在《晶片實驗室》期刊上。

 

糖尿病患者異常的β細胞,可用幹細胞生成

哈佛大學幹細胞研究所Douglas Melton教授表示,如果要治愈糖尿病,我們必須恢復一個人自身製造和輸送胰島素的能力。胰島β細胞的主要功能是分泌胰島素。胰島素與靶細胞表面的胰島素受體結合,誘導細胞的代謝發生變化,使葡萄糖利用、儲存過程加快,促使血糖濃度下降。糖尿病是由於胰島β細胞功能異常引起,即胰島β細胞無法產生正常水平的胰島素,導致血糖無法被機體吸收,並累積在血液中。

「細胞專家」陽明生化所博士張薏雯解釋,糖尿病患者體內缺乏一種β細胞。「β細胞會測量血液中的糖分,並負責分泌胰島素。但是糖尿病患者的β細胞不能正常運作,就導致身體搞不清楚身上的糖分,也沒辦法生產適量的胰島素來應對。」

可喜的是,現在可以使用幹細胞來製造健康的β細胞。美國華盛頓大學的研究中,生物醫學工程教授 Jeffrey Millman 率領研究團隊直接給實驗室患有嚴重糖尿病的老鼠注射幹細胞,讓其轉變成β细胞。結果,兩週內讓老鼠血糖值恢復正常,並維持長達 9 個月。

張薏雯再舉例:「還有哈佛大學幹細胞研究所的Douglas Melton教授,去年也找到新的方法,可提高未分化的多功能幹細胞轉化成可生產胰島素的β細胞的比例至80%。」

 

(圖源:JCI Insight。2020年)

 

篩選胰島細胞技術仍停留在1970年!哈佛研究打破僵局

「不過,並不是直接把幹細胞施打進去,就能期待它們全部變成有用的β細胞,因此科學家還需要經過篩選的過程。」張薏雯指出,之前這方面的技術仍然停留在1970年代,過程繁複,讓不少臨床醫師直接選擇放棄。

而哈佛的研究,正好突破這個困境。論文的共同第一作者Aaron Glieberman 博士說:「我們的設備(晶片)將胰島分成不同的線,同時向每個胰島輸送葡萄糖,並檢測產生多少胰島素。」他解釋,這樣的作法將葡萄糖刺激和胰島素檢測結合在一起,因此可以快速為臨床醫生提供可操作的資訊。

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。這項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。」

 

由不同領域的專業技術,一同探討糖尿病的解決方案

該研究的第一作者和帕克實驗室的博士後研究員Benjamin Pope表示,我的主要興趣是糖尿病本身,我家所有成年人都患有2型糖尿病,這就是我從事科學職業的原因。看到這項技術用於糖尿病研究和移植篩查,我感到非常興奮,因為它可以為糖尿病提供細胞療法。

Pope補充說,它也是許多不同技術的完美結合。自動胰島捕集技術背後的物理學,微流體技術,實時傳感器以及作為其基礎的生物化學,電子和數據採集組件,甚至是軟體。整個設備和操作系統,集成了來自不同領域的許多東西,我在此過程中學到了很多。

除了將其應用於糖尿病外,該設備還有望與其他組織和器官一起使用。Glieberman表示,我們可以修改核心技術來感知一系列微生理系統的功能。有了連續檢測細胞分泌物的能力,我們希望使探索細胞如何使用蛋白質信號進行交流的過程變得更加容易。這項技術最終可能會為診斷和治療的健康動態指標帶來新的見解。

 

參考資料:

Tacrolimus- and sirolimus-induced human β cell dysfunction is reversible and preventable

Harvard University-Pancreas on a chip生策會 Human Islet Research Network: HIRN

ATP-sensitive potassium channel and bursting in the pancreatic beta cell. A theoretical study.

Novel protocol improves pancreatic cancer outcomes

Improving cell therapy for diabetes

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俊逵

作者

俊逵

曾任職於醫院機構,主要探討癌症藥物治療相關。想用文字為大家帶來最新的生醫訊息

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