西北大学的研究人员开发了一种新的抗氧化生物材料，可能为重度慢性胰腺炎患者提供缓解。这种疾病的当前治疗方法涉及切除胰腺，导致胰岛细胞的损失，而这是一种生产胰岛素的细胞。尽管外科医生已经将胰岛移植到肝脏以保留胰岛素反应，但这种方法并不太成功。新的方法涉及使用合成凝胶将胰岛移植到大网膜，在小动物和大型动物研究中显示出希望。这种新的策略使更多胰岛在移植中存活并在大网膜内形成血管。
科学进展杂志将于6月7日发布这篇文章。在从重度和痛苦的慢性胰腺炎患者身上切除胰腺之前，外科医生提取胰岛细胞并将其移植到肝脏的血管中。移植的目的是保持患者调节自身血糖水平的能力，而无需注射胰岛素。不幸的是，这一过程无意中导致50-80%的胰岛被破坏，三分之一的患者在手术后发展为糖尿病。经过三年，70%的患者仍然是糖尿病患者。研究人员发现，通过将胰岛从胰腺移植到大网膜，而不是肝脏，并利用抗氧化和抗炎生物材料来支持胰岛，他们能够为胰岛素产生细胞创造一个更健康的环境。这种生物材料在体温下从液体转变为凝胶，为胰岛提供了一个更稳定和支持的结构。在小鼠和非人类灵长类动物研究中，该凝胶有效防止了对胰岛素注射的需求，并最小化了与之相关的副作用，如体重增加、低血糖和疲劳。西北大学的Guillermo A. Ameer博士领导的研究发现，合成抗氧化凝胶可以通过减少氧化压力和炎症来增强移植胰岛的存活率和功能。这是第一次将这种凝胶用于此目的。Ameer指出，尽管胰岛移植已显示出改善，但长期结果仍然不佳，并且需要替代解决方案。团队开发了一种尖端的合成材料，为胰岛功能创造了支持性微环境。在动物测试中，这种材料成功最大化了胰岛功能。
本文讨论了一种新的治疗慢性胰腺炎和糖尿病的方法。研究人员能够恢复动物的正常血糖水平并减少所需的胰岛素量。西北大学生物医学工程的助理教授Jacqueline Burke表示，希望这种方法能够消除患者在面临慢性胰腺炎的身体疼痛或应对糖尿病并发症之间做出选择的需要。Ameer是一位再生工程专家，是西北大学麦克科米克工程学院的丹尼尔·海尔·威廉姆斯生物医学工程教授及外科教授。他还是西北大学范博格医学院的创始主任以及先进再生工程中心的主任。
“生活质量受损”
失去胰腺的患者面临诸如管理血糖水平的挑战。他们在没有胰岛的帮助下，很难维持血糖控制，胰岛分泌胰岛素以应对葡萄糖。这可能导致一场需要终身密切监测血糖水平和频繁注射胰岛素的斗争。
“没有功能正常的胰岛生活给患者带来了很大的负担，”Burke说。“他们必须学会计算碳水化合物，正确分配胰岛素剂量。”糖尿病患者花费大量时间和精力来管理血糖水平。即使在仔细管理下，使用胰岛素疗法也不如身体自身的胰岛来控制葡萄糖。如果血糖水平控制不良，患者可能会出现失明和截肢等并发症。开发这种生物材料的目标是保存胰岛，以便患者能够正常生活而不患糖尿病。
Ameer博士表示：“这对他们的生活质量有重要影响。我们希望能尽可能收集和保存更多的胰岛，”然而，当前糖尿病管理的标准治疗仍然不足。胰岛在从胰腺切除后和通过门静脉输注移植到肝脏的护理往往导致较差的结果。这是由于该过程的常见并发症，包括胰岛与血流直接接触引发的炎症反应、胰岛死亡率高以及移植的胰岛可能在肝脏中引发危险的血栓。因此，医疗专业人员和研究人员一直在探索替代移植部位。之前的临床研究显示，研究人员已将胰岛移植到其他替代部位。研究人员寻求将胰岛移到大网膜而不是肝脏，以绕过凝血问题。为了将胰岛锚定在大网膜上，医生利用患者自身血液中的血浆创造了一种生物胶。虽然大网膜似乎是一个比肝脏更好的移植部位，但仍然存在多个问题，例如血栓和炎症。
“Ameer解释说：“研究和医学界对寻找胰岛移植的替代位点表现出很大兴趣。大网膜研究的结果很有希望，但结果却不一致。我们认为这是由于使用患者的血液和额外成分。”需要以一定的方式制造生物胶，这可能导致患者结果的差异。
柠檬酸盐溶液
为了保护胰岛并增强结果，Ameer研究了他在实验室中开发的具有天然抗氧化特性的柠檬酸盐基生物材料平台。这些生物材料用于美国食品药品监督管理局批准的肌肉骨骼手术产品，已显示出管理机体炎症反应的能力。Ameer想看看这种具有生物降解和温度敏感相变特性的生物材料的改良版本是否有效。柠檬酸盐基的凝胶比从血液中获得的生物胶更好。在细胞培养中，无论是小鼠还是人类的胰岛存放在柠檬酸盐基凝胶中比在其他溶液中的存活时间更长。当接触葡萄糖时，胰岛释放胰岛素，显示出正常的功能性。该胶还在小型和大型动物模型中进行了测试。在室温下是液体，在体温下变为凝胶，便于应用并保持就位。
在动物研究中，凝胶有效地将胰岛固定在动物的大网膜上。与当前用于胰岛移植的凝胶相比，这种柠檬酸盐基凝胶显示出更卓越的效果。
当研究人员将含有胰岛的新材料植入糖尿病小鼠时，他们发现更多的胰岛存活，动物最终恢复了正常的血糖水平。Ameer博士将新材料的成功归因于其生物相容性和抗氧化特性。
Ameer博士解释说：“胰岛对氧气非常敏感，过少或过多的氧气都会影响其功能。这种材料的天然抗氧化特性有助于保护细胞，这是患者自身血浆无法提供的。”
与组织的整合
大约三个月后，机体吸收了80-90%的生物相容性凝胶。然而，到了这个时候，凝胶已经不再必要。
Ameer对胰岛能够再生血管的事实感到惊讶。他解释说，身体创建了一个新的血管网络，将胰岛与身体重新连接，这是一项重大突破，因为血管对于保持胰岛的生存和健康至关重要。此外，Ameer提到，凝胶会被周围组织吸收，留下的痕迹微乎其微。
他下一步是对水凝胶在动物模型中长期进行测试。他还强调，新的水凝胶可以用于各种细胞替代疗法，例如用于糖尿病治疗的干细胞衍生β细胞。
这项研究的标题是“相变柠檬酸大分子对抗氧化胰腺胰岛损伤，促进胰岛在大网膜中的移植和功能”，获得了美国国防部和国家科学基金会的资助。
