糖尿?。喊b問題

趙思媛 馬晉平/編譯

糖尿?。喊b問題

趙思媛 馬晉平/編譯

糖聚合物球體被設(shè)計(jì)用于包裝工程細(xì)胞

● 當(dāng)免疫系統(tǒng)沒有阻礙的時(shí)候，細(xì)胞療法可以治愈Ⅰ型糖尿病。

道格拉斯·梅爾頓（Douglas Melton）給了自己一段簡短的慶祝時(shí)間。經(jīng)過23年的努力，他終于成功地在實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)出替代性胰島細(xì)胞或細(xì)胞簇，這正是在Ⅰ型糖尿病中被摧毀的胰腺組織。梅爾頓的兩個(gè)孩子就患有這種自身免疫性疾病——Ⅰ型糖尿病。梅爾頓是馬薩諸塞州坎布里奇市哈佛干細(xì)胞研究所主任，他將胚胎干細(xì)胞轉(zhuǎn)化成了胰島中專有的能感受葡萄糖和分泌胰島素并以此控制血糖的β細(xì)胞。

這一研究的影響是巨大的，它可以源源不斷地提供β細(xì)胞，對于Ⅰ型糖尿病患者意味著他們將不再需要從已故的供體那里獲得胰島來移植。由于捐獻(xiàn)器官量的不足，這種方法每年僅可以幫助幾百個(gè)病人獲得治療。仍有數(shù)以百萬計(jì)的Ⅰ糖尿病的成人和兒童患者面臨每天不斷地監(jiān)控血糖水平并每天給自己注射胰島素的困境。

在實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的一次聚會(huì)上，梅爾頓給團(tuán)隊(duì)成員每人送了一頂印有他簽名的藍(lán)色帽子，帽子上顯示了從干細(xì)胞到β細(xì)胞的發(fā)展進(jìn)程。梅爾頓因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室成功培養(yǎng)出數(shù)以百萬計(jì)的β細(xì)胞獲得了2016年小川-山中干細(xì)胞獎(jiǎng)。但是現(xiàn)在，梅爾頓又面臨一個(gè)新的挑戰(zhàn)：如何保護(hù)移植細(xì)胞免受機(jī)體的自身免疫攻擊?！巴蝗怀霈F(xiàn)了很大的問題，”梅爾頓說，“這還是一個(gè)很重要的問題。”

為了預(yù)防免疫排斥——因?yàn)閷?shí)驗(yàn)細(xì)胞是從不相關(guān)的供體而來，再加上受體胰島直接的自身免疫，患者需要終身服用免疫抑制藥物。但這些藥物有嚴(yán)重的副作用，包括增加感染和患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。梅爾頓想要避免使用這些藥物，意味著他需要某種設(shè)備或材料，可以為實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的或供體的β細(xì)胞植入時(shí)免于免疫系統(tǒng)的排異，同時(shí)允許營養(yǎng)物質(zhì)如葡萄糖、胰島素和氧氣在這些細(xì)胞里進(jìn)出自如。

“理想的是能夠建立某種免疫隔離裝置，能使人們利用細(xì)胞的益處，而無須抑制他們的免疫系統(tǒng)?！泵窢栴D的一個(gè)合作者、麻省理工學(xué)院生物工程師丹尼爾·安德森（Daniel Anderson）解釋說。

這個(gè)問題已經(jīng)困擾研究者、企業(yè)家和大型制藥公司40多年。多虧了新技術(shù)從頭開始制造出β細(xì)胞，現(xiàn)在能夠開發(fā)出一致性高和可靠的細(xì)胞來源。這意味著可以有條不紊地開展不同細(xì)胞包裝系統(tǒng)的比較研究，明顯優(yōu)于之前的傳統(tǒng)方法。正如梅爾頓所說，一致性高和穩(wěn)定可靠的細(xì)胞來源有助于細(xì)胞保護(hù)技術(shù)和設(shè)備的研究。

一些公司開始行動(dòng)。位于加利福尼亞州圣地亞哥的再生醫(yī)學(xué)巨頭 Viacyte公司將成千上萬的 β細(xì)胞裝載到和人的手掌一樣大的大型包裝設(shè)備中；處在起步階段的位于馬薩諸塞州坎布里奇的Sigilon公司，將單獨(dú)成束的β細(xì)胞打包放進(jìn)比一粒芥菜種還小的殼里。這兩種策略前景可期。朱莉亞·格林斯坦（Julia Greenstein）說，“我們正處在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，我們已經(jīng)看到了比以前更多的解決這個(gè)問題的方法?！彼羌~約一個(gè)非營利機(jī)構(gòu)青少年糖尿病研究基金會(huì)（JDRF）的研發(fā)副總裁。

道格拉斯·梅爾頓(后)，哈佛干細(xì)胞研究所主任，他已經(jīng)找到了一種好的處理β細(xì)胞的方法

隱身模式

多年來，最受歡迎的用于移植β細(xì)胞的載體是被稱為海藻酸的海藻萃取液，已在嚙齒動(dòng)物、狗、猴子，甚至人類試驗(yàn)的臨床研究測試過。人體試驗(yàn)表明，該材料是安全的，即使在那些沒有服用免疫抑制劑藥物的人群中。但治療的益處仍然模棱兩可，因?yàn)樵谥踩氲臄?shù)周內(nèi)，海藻酸通常會(huì)開始吸引免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞聚集。這導(dǎo)致了堵塞載體囊的纖維疤痕組織的沉積，抑制了包裝內(nèi)部的β細(xì)胞。

這種類型的免疫反應(yīng)不同于最初的摧毀了病人β細(xì)胞的反應(yīng)，但是它對這種治療方法的前景也同樣有殺傷力。安德森和他麻省理工學(xué)院的同事羅伯特·蘭格（Robert Langer）在尋找可以逃避免疫的海藻酸的衍生物，研究人員在小鼠體內(nèi)系統(tǒng)地篩選接近800個(gè)海藻酸的化學(xué)分支。他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)品種——三唑-硫代嗎啉海藻酸二氧化物——似乎完全被免疫系統(tǒng)所忽視。

這種大分子海藻酸的微球體在獼猴體內(nèi)幸存了6個(gè)月。當(dāng)負(fù)載上梅爾頓團(tuán)隊(duì)的β細(xì)胞，載體囊可以在Ⅰ型糖尿病老鼠模型體內(nèi)恢復(fù)到特有的血糖水平，并且沒有免疫反應(yīng)的跡象?！拔覀兊谝淮巫C明了這種材料植入人體無纖維變性?！甭槭±砉W(xué)院從事該項(xiàng)生物材料研究的博士后奧米德·韋瑟（Omid Veiseh）說，“之前從沒有發(fā)生過這樣的事情。”

韋瑟將于2017年在德克薩斯州休斯敦萊斯大學(xué)建立自己的實(shí)驗(yàn)室。但在那之前，他仍在坎布里奇幫助Sigilon公司。這個(gè)研究以西班牙語單詞“秘密”命名，Sigilon公司斥資3 750萬美元用于將這些新海藻酸商業(yè)化。其中包括兩個(gè)潛在治療Ⅰ型糖尿病的方法。一個(gè)是微型包裝細(xì)胞療法。到2018年，Sigilon公司打算向人們展示，該技術(shù)在接受供體胰島的人群中是可行的，并測試包裹在藻酸鹽里的β細(xì)胞的生物效果。第二種方法是使用材料覆蓋部分胰腺仿生系統(tǒng)然后再進(jìn)入人體。2016年9月，美國食品藥品管理局批準(zhǔn)了第一個(gè)人造胰腺系統(tǒng)，該設(shè)備可以在病人血糖高時(shí)自動(dòng)供給胰島素，又能當(dāng)血糖水平開始下降時(shí)自動(dòng)關(guān)閉胰島素輸送，幾乎不需要病人的干預(yù)。這個(gè)人造胰腺系統(tǒng)是總部設(shè)在都柏林的醫(yī)療設(shè)備公司美敦力開發(fā)的 MiniMed 670G——該裝置結(jié)合了兩種設(shè)備：一個(gè)監(jiān)控血糖水平，另一個(gè)注入胰島素并且可以自動(dòng)調(diào)控胰島素輸送。

“不管怎樣，”Sigilon總裁兼首席執(zhí)行官保羅·沃頓（Paul Wotton）說，“Ⅰ型糖尿病患者將受益于這一平臺。”

Semma療法

在微型包裝領(lǐng)域，規(guī)模很重要。超級海藻酸仍在測試中，麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)使用直徑1.5毫米的載體囊，它被證實(shí)免疫原性遠(yuǎn)低于糖尿病細(xì)胞療法領(lǐng)域的研究人員常規(guī)使用的0.5毫米的載體囊。但直徑增加3倍意味著每個(gè)載體囊增加了近30倍的體積?？刂埔粋€(gè)人的糖尿病需要大量的含有數(shù)億β細(xì)胞載體囊，而身體內(nèi)只有很少的地方可以移植。

載體囊可能不會(huì)適用于皮下或其他可收回的位置，為了安全起見，任何植入糖尿病患者的干細(xì)胞來源療法應(yīng)該完全可收回。佛羅里達(dá)州邁阿密大學(xué)生物工程師愛麗絲·托梅（Alice Tomei）開發(fā)了她所說的“縮微技術(shù)”（shrink-wrapping technology），它使用微流體技術(shù)將薄的生物相容的涂層披覆細(xì)胞簇，產(chǎn)生盡可能最小的載體囊——橫徑只有0.2毫米。她選擇的材料是聚乙二醇，可能比Sigilon公司的超級海藻酸造成更多的免疫反應(yīng)，但托梅認(rèn)為她的“縮微技術(shù)”可以將細(xì)胞包裝得足夠小，更容易植入體內(nèi)。

托梅使用梅爾頓團(tuán)隊(duì)的β細(xì)胞評估她的技術(shù)，在馬薩諸塞州坎布里奇合作啟動(dòng)Semma療法。梅爾頓與生物技術(shù)投資者和企業(yè)家羅伯特·米爾曼（Robert Millman）在2015年推出Semma（米爾曼妻子起的名字來自Sam和Emma，梅爾頓兩個(gè)患糖尿病孩子的名字）。盡管Semma之前已經(jīng)收購了藥物輸送技術(shù)公司Cytosolv，有自己的封裝技術(shù)，但也在尋找像托梅這樣的合作伙伴與干細(xì)胞公司一起測試一系列封裝系統(tǒng)。“任何有設(shè)備的人，我們都能與他們合作，”Semma首席執(zhí)行官米爾曼說，因?yàn)榧词棺詈玫募?xì)胞，如果我們沒有正確的設(shè)備還是會(huì)失敗。”

Semma的另一位合作者是位于以色列羅斯艾因城Beta-O2技術(shù)公司，它十多年來一直致力于Ⅰ型糖尿病包裝細(xì)胞治療。顧名思義，Beta-O2創(chuàng)新了植入細(xì)胞的輸送氧氣方式——一個(gè)對于大型包裝設(shè)備尤為嚴(yán)重的問題，比起載體囊技術(shù)來說，血供攜氧問題對于急需能量的β細(xì)胞是一個(gè)更大的障礙。

公司最初的產(chǎn)品原型是將一個(gè)冰球大小的腔室植入皮下，需要每天注射氧氣。Beta-O2公司在德國和瑞典通過加載供體胰島并將這種設(shè)備移植在5個(gè)病人中來測試它。結(jié)果是令人鼓舞的：細(xì)胞能健康存活好幾個(gè)月。Beta-O2公司正在研究其第二代設(shè)備，根據(jù)公司首席執(zhí)行官尤瓦爾·阿佛尼(Yuval Avni)的說法，能夠使得更多的細(xì)胞一周只需要注射一次氧氣。但該公司需要一個(gè)更可靠的細(xì)胞來源，阿佛尼對梅爾頓的細(xì)胞寄予厚望。

應(yīng)用到臨床

梅爾頓最初制造β細(xì)胞的方法很煩瑣。需要35天內(nèi)仔細(xì)更換5種不同的培養(yǎng)基，這5種培養(yǎng)基分別混合11種不同的成分，包括糖類和蛋白質(zhì)。梅爾頓實(shí)驗(yàn)室的前博士后菲利希亞·帕柳卡（Felicia Pagliuca）現(xiàn)在領(lǐng)導(dǎo)著Semma細(xì)胞生物學(xué)研究和發(fā)展，她和她的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)大大簡化了方案。目的是希望盡早進(jìn)入臨床試驗(yàn)，他們的一個(gè)包裝設(shè)備已經(jīng)開發(fā)出來。

這個(gè)制造β細(xì)胞的計(jì)劃是從那些需要胰島素的人中創(chuàng)造誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，他們的身體不攻擊自己的細(xì)胞。因?yàn)檫@樣就沒有組織不匹配或造成自身免疫反應(yīng)，所以這些細(xì)胞不使用任何免疫抑制藥物或屏障的技術(shù)就可以植入到患者體內(nèi)。

Semma公司致力于三個(gè)患者群體:一個(gè)叫作消瘦型糖尿病的Ⅱ型糖尿病患者，病人體內(nèi)的β細(xì)胞停止工作了；另一個(gè)是因慢性炎癥等問題行外科手術(shù)切除胰腺病史的；還有一個(gè)是胰島素依賴型的囊性纖維化患者。公司希望3到4年內(nèi)在其中一個(gè)群體中測試他們的細(xì)胞數(shù)量，晚些時(shí)候再用包裝設(shè)備對Ⅰ型糖尿病人進(jìn)行試驗(yàn)。

但這意味著Semma可能與對手ViaCyte進(jìn)行競爭。早些時(shí)候，ViaCyte公司收購了它主要競爭對手之一強(qiáng)生公司的BetaLogics部門，同時(shí)也宣布了第一個(gè)在Ⅰ型糖尿病患者中使用干細(xì)胞來源的β細(xì)胞包裝產(chǎn)品的人類試驗(yàn)的初步數(shù)據(jù)。

ViaCyte公司的PEC-EnCap設(shè)備是膏藥大小的半透袋，其中包含成千上萬的來自于胚胎干細(xì)胞的胰腺前體細(xì)胞。公司使用前體細(xì)胞，而不是完全成熟的 β細(xì)胞，因?yàn)檫@些細(xì)胞當(dāng)包裝還沒有完全整合入血液系統(tǒng)中時(shí)更能耐受低氧條件下的植入。過去兩年，ViaCyte公司在大約20名沒有免疫抑制的患者皮下植入該設(shè)備。在許多受者中，胰腺前體細(xì)胞已成長為生產(chǎn)胰島素的β細(xì)胞——盡管這些細(xì)胞在幾個(gè)月后由于設(shè)備外纖維化的免疫反應(yīng)而凋亡。

“這是一個(gè)可行性的證明，這可以實(shí)現(xiàn)，但是我們?nèi)匀挥泻芏喙ぷ饕觯盫iaCyte公司的首席執(zhí)行官保羅·萊科寧（Paul Laikind）說，“現(xiàn)在的目標(biāo)是推遲細(xì)胞灌輸?shù)漠愇锓磻?yīng)時(shí)間。”ViaCyte公司希望通過修改包裝設(shè)備或其他方面的治療方案，在進(jìn)入使用完整治療劑量的產(chǎn)品試驗(yàn)階段之前來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

到那時(shí)，或許梅爾頓的β細(xì)胞也可以在Ⅰ型糖尿病患者中測試。梅爾頓相信，有了正確的輸送系統(tǒng)，這些細(xì)胞可以治愈他孩子的病?！八鼘ξ沂怯幸饬x的，”梅爾頓說，“如果能制造出一個(gè)人身體里已經(jīng)消失的細(xì)胞，我們應(yīng)該能夠找到一個(gè)方法把這樣的細(xì)胞送回人體?！?/p>

[資料來源：Nature][責(zé)任編輯：彥 隱]