基于微流控和細(xì)胞3D培養(yǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的PMC-β和β-M可快速重塑葡萄糖穩(wěn)態(tài)

近年來，組織工程領(lǐng)域迅速發(fā)展，為胰島細(xì)胞移植提供了可靠的解決方案。借助細(xì)胞封裝技術(shù)植入的胰島與機(jī)體形成免疫隔離屏障，允許葡萄糖、氧氣、營養(yǎng)物質(zhì)、代謝廢物和信號(hào)分子通過微囊雙向擴(kuò)散，同時(shí)阻止免疫細(xì)胞、免疫活性物質(zhì)等對(duì)移植胰島細(xì)胞的攻擊。

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院內(nèi)分泌科主任李玲教授與國內(nèi)外知名學(xué)者深度合作，醫(yī)工融通，于近期在Chemical Engineering Journal和NPG Asia Materials期刊發(fā)表兩項(xiàng)最新研究，通過微流控技術(shù)和醫(yī)學(xué)工程方法構(gòu)建載胰島β細(xì)胞聚集體的微載體（PMC-β）及多孔胰島β細(xì)胞微膠囊（β-Mi），展示了胰島“類器官”移植后能逃避免疫攻擊，并持續(xù)釋放胰島素以重建葡萄糖穩(wěn)態(tài)。研究工作得到國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃干細(xì)胞研究與器官修復(fù)項(xiàng)目以及江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃臨床前沿技術(shù)等項(xiàng)目支持，李玲教授的研究生李靜波、劉小鈺分別為兩篇文章的第一作者。

在具體的研究過程中，研究人員基于微流控和細(xì)胞3D培養(yǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)的PMC-β和β-Mi能夠在體外模擬體內(nèi)微環(huán)境，對(duì)胰島細(xì)胞進(jìn)行3D培養(yǎng)，且均具有良好的生物相容性，其結(jié)構(gòu)可允許小分子物質(zhì)自由進(jìn)出，在保證物質(zhì)交換效率的同時(shí)可抵御免疫細(xì)胞的攻擊。另外，PMC-β和β-Mi可以延長移植胰島細(xì)胞在體存活時(shí)間，并持續(xù)釋放胰島素，將二者移植于糖尿病小鼠網(wǎng)膜，可快速重塑葡萄糖穩(wěn)態(tài)，有望為糖尿病患者胰島移植提供新策略。

圖1 基于微流控雙乳液滴模板系統(tǒng)制作可控的多孔微球，填充細(xì)胞外基質(zhì)及胰島β細(xì)胞，形成3D胰島β細(xì)胞聚集體的微載體（PMC-β），并將其移植于糖尿病小鼠網(wǎng)膜處，評(píng)價(jià)其胰島素分泌功能及恢復(fù)葡萄糖穩(wěn)態(tài)的潛力。

圖2 微流控電噴霧系統(tǒng)制備核殼結(jié)構(gòu)多孔胰島β細(xì)胞微膠囊（β-Mi），能隔離免疫細(xì)胞，進(jìn)行氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)的交換，并響應(yīng)葡萄糖變化釋放胰島素。將其移植于糖尿病小鼠網(wǎng)膜，評(píng)價(jià)β-Mi的生物相容性、胰島素分泌功能及對(duì)血糖水平的影響。

圖3 多孔胰島β細(xì)胞微膠囊（β-Mi）在糖尿病小鼠網(wǎng)膜移植后恢復(fù)了血糖控制。相比于對(duì)照組及單純胰島β細(xì)胞移植組，胰島β細(xì)胞微膠囊（β-Mi）移植組小鼠血糖降低至正常范圍，且體重逐漸升高至患病前水平，IPGTT結(jié)果顯示其維持葡萄糖穩(wěn)態(tài)的能力優(yōu)于其他兩組。

總體而言，該研究以“醫(yī)工交叉融合”的理念，集成臨床醫(yī)學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程和基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)多學(xué)科優(yōu)勢(shì)，基于微流控系統(tǒng)和高壓靜電噴霧技術(shù)，實(shí)現(xiàn)胰島細(xì)胞的3D培養(yǎng)，獲得具有近生理結(jié)構(gòu)與功能特點(diǎn)的胰島細(xì)胞微載體和微膠囊，為治療糖尿病提供新策略，引領(lǐng)前沿技術(shù)助推醫(yī)療模式變革浪潮，實(shí)現(xiàn)未來生命科學(xué)領(lǐng)域的關(guān)鍵理念性與技術(shù)性突破。