1型糖尿病是一種由自身免疫缺陷導致體內胰島素絕對缺乏的全球性慢性代謝疾病,全世界有超過3000萬病患者。目前1型糖尿病尚無根治手段,常規的治療方法是每天定時注射外源性胰島素。然而,這種方法不但會給病人帶來痛苦和經濟負擔,更會因劑量難以精確控制,導致病人出現低血糖等不良反應,長期注射甚至會導致威脅生命的并發癥。近年來,將胰島包埋在生物材料中構建“人造胰島”并移植到患者體內是一種從根本上治療1型糖尿病的有效方法!叭嗽煲葝u”可替代患者體內已失去功能的胰島,動態響應血糖變化分泌胰島素,從而使病人徹底擺脫對外源性胰島素注射的依賴。然而,人體的天然免疫防御機制對外來移植物產生的排異反應(Foreign Body Reaction,FBR),是限制該技術成功應用的瓶頸問題。但是,當前能躲避免疫系統識別、實現“免疫屏蔽”的材料極為稀少。因此,開發能夠同時躲避免疫識別并能長效包埋維持胰島活性的新材料,實現快速穩定血糖調控是目前該領域面臨的巨大挑戰。
天津大學化工學院生物化工系張雷教授課題組針對這一問題,提出平衡電荷抗污原理,開發了一種具有高效抗生物粘附和“免疫屏蔽”能力的新型水凝膠材料,使用該水凝膠構建的“人造胰島”能夠在糖尿病小鼠體內實現長效控糖。該研究團隊受具有優異抗生物粘附性質的電中性、超親水兩性離子材料啟發,同時結合海藻酸鈉易于成膠的特性,創造性地提出了一種通過平衡帶有相反電荷的聚電解質制備可快速成膠、躲避FBR水凝膠的策略。通過調節聚陰離子電解質海藻酸鈉(Alg)和聚陽離子電解質聚乙烯亞胺(PEI)的比例,制備了整體呈電中性,具有優異抗蛋白質、細胞、細菌粘附性質的Alg/PEI水凝膠。該水凝膠不僅能夠高效無損包埋胰島,而且能夠長期維持包埋胰島的活性和正常的胰島素分泌功能。所構建的“人造胰島”在復雜的體內環境下,仍能有效抵抗生物粘附及免疫識別,避免FBR及纖維囊的形成,成功實現體內“免疫屏蔽”。更重要的是,將新型“人造胰島”移植到糖尿病小鼠腹腔后,糖尿病小鼠的血糖可以在2天內快速降低到正常水平,并且在實驗期間穩定維持至少150天。與傳統的海藻酸鈉水凝膠及其衍生物相比,在降糖速度、控糖時間和穩定性方面具有顯著的優勢。
該新型水凝膠不但具有優異的生物相容性和突出的“免疫屏蔽”效果,且成本低、易制備,有利于擴大生產,為細胞治療、組織工程等醫藥健康領域提供了新的有力手段。該工作最近發表在Advanced Functional Materials (DOI: 10.1002/adfm.201900140)上,并于當期Inside Back Cover做簡要介紹。論文的第一作者為張嘉敏博士,共同第一作者為博士生朱迎男。
論文鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.201900140
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