胰岛微囊化技术带来糖尿病治疗新希望

2022-07-25傅昭仪

人人健康 2022年13期

■傅昭仪

人类和糖尿病的纠葛已有几千年的历史，在20世纪中叶胰岛素被发现和用于治疗之前，人类对糖尿病始终束手无策，绝大多数的人患上糖尿病后就相当于被宣判了死刑。1922 年，胰岛素开始用于临床，糖尿病从绝症渐渐变成了如今可以有效管控的慢性疾病。

目前，除日常的胰岛素注射、服用降糖药物外，医学界还采用胰岛移植的方式治疗糖尿病。胰岛移植始于20 世纪60 年代，主要通过分离自体或供体胰腺中的胰岛细胞团，将其移植到受体肝脏或其他血供丰富的器官中，定植成功后便可发挥血糖调节的功能，是目前唯一微创并能实现血糖精确控制的有效方法。胰岛移植虽可以逆转患者的胰岛功能，然而，在胰岛细胞移植过程中存在诸多尚未解决的问题，如受者需要长期服用免疫抑制剂、移植的胰岛β 细胞难以长期存活以及供源不足问题，使其在临床上无法大规模开展。

近年来，蓬勃发展的干细胞技术解决了细胞来源问题，但是它也存在着局限性——体内难以发挥胰岛细胞功能以及存在免疫排斥。所以，大多数糖尿病患者仍不得不终身注射胰岛素来控制血糖水平。

事实上，科研人员一直希望找到一种技术，既能发挥胰岛细胞分泌作用，又能避开免疫系统的攻击。于是他们设想了一种胰岛细胞微囊化技术，其思路是利用材料制作出一种免疫隔离装置，隔绝自身免疫系统对植入β 细胞的排异反应，同时允许葡萄糖、胰岛素和氧气等物质在细胞里自由进出。

近日，瑞士弗里堡大学医学院雷欧·碧勒教授团队、电子科技大学附属医院·四川省人民医院器官移植研究所王轶研究员团队为国际免疫学会联合会的官方期刊共同撰写了关于1 型糖尿病（T1DM）治疗新进展的综述文章。该文章在综合近年来已发表的各类胰岛微囊化实验文章的基础上，展望了胰岛微囊化技术未来的发展方向。

为胰岛穿上胶囊“外套”

胰岛微囊化技术究竟是怎么回事？王轶研究员解释：“通俗地说，就是用类似于药物胶囊制剂的外壳材料将胰岛包裹起来，做成一个‘胰岛胶囊’。这样一来，胶囊中的胰岛既能免受免疫系统的攻击，同时又能很好地释放胰岛素，从而调节糖尿病患者的血糖。”

这一技术也称为胰岛封装技术，实际上是一种免疫隔离的策略。

虽然胰岛被“裹上”了一层外壳，但胰岛微囊化技术可充分模拟天然胰岛的微观和宏观环境。

胰岛微囊化技术通过微囊造粒机将生物相容性材料包裹在胰岛外层，形成纳米级厚度的小微囊。植入的胰岛与机体形成免疫隔离屏障，允许葡萄糖、氧气、营养物质、代谢废物和信号分子通过微囊双向扩散，同时阻止免疫细胞、免疫活性物质等对移植胰岛细胞的攻击。

王轶说：“这项技术在临床应用方面有许多优势，除了能解决供体短缺的问题，还能通过减少或消除排斥反应，避免移植的胰岛减少。”

相比于未封装的胰岛，微囊封装的胰岛具有一定的机械性能，也便于移除，避免失去功能的移植物残留在体内给人带来伤害。王轶表示：“利用微囊囊材包裹胰岛能有效隔离免疫炎性因子，因此胰岛微囊化技术成为治疗1 型糖尿病（T1DM）的最佳策略之一。”

技术发展有赖于材料的进步

胰岛微囊化技术的发展，得益于封装材料的不断改进。作为一种“细胞胶囊外壳”，封装材料的孔隙、特性和成分对于胰岛的保形封装具有重要作用。

胰岛微囊化技术主要存在两方面的技术壁垒：一方面，需克服植入微囊材料后引起的囊周过度纤维化（PFO）以及生物不相容性的问题；另一方面，需改善内部氧供和营养运输的不足。

目前，研究人员主要利用水凝胶材料来制造微囊。水凝胶可分为天然水凝胶与合成水凝胶。天然水凝胶主要包括多糖（海藻酸盐、琼脂糖、壳聚糖等）和多肽（胶原蛋白、聚L-赖氨酸）。王轶说，海藻酸盐是第一种用于制作微囊的材料，并且目前仍然是最受欢迎的微囊化材料。但由于其提取自海洋褐藻类生物，残留的杂质蛋白、多酚、内毒素等会影响材料生物相容性，这成为制约其临床应用的主要因素。

“天然水凝胶具有良好的生物相容性和较低的生产成本，但在生理条件下，其稳定性较弱。”王轶说，相比于天然水凝胶，合成水凝胶（如聚乙二醇、聚甲基丙烯酸甲酯）可在孔径大小、机械强度和弹性等方面实现对材料性能的控制，使得其具有更适宜的孔隙、更高的机械阻力和弹性，但其劣势在于生物相容性低和生产成本高。

两种材料各有优劣，目前科学家正尝试通过天然水凝胶和合成水凝胶的结合，在改善天然水凝胶不足的同时，保持它们的有益性质。这也是胰岛微囊化技术目前研究攻关的方向之一。