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氧氣追踪法可以改善糖尿病治療

來源 : 亞洲健康互聯海外中心
update : 2019/04/08
麻省理工學院的研究人員,正在測試封裝的胰島細胞作為糖尿病的可能治療方法。這些1.5毫米膠囊內嵌含一種含氟化合物,研究人員可以在植入體內後,透過MRI監測其氧含量。圖片來源:麻省理工學院

將胰島細胞移植到糖尿病患者體內,是替代患者每日注射胰島素的潛在方案。這些細胞可以作為生物人工胰腺,監測血糖並在需要時分泌胰島素。

為了使這種移植獲得成功,科學家們需要確保植入的細胞能夠獲得足夠的氧氣,以便產生胰島素並保持活力。麻省理工學院的工程師設計出一種方法,來長時間測量活體動物細胞的氧含量,以助預測哪種植入物最有效。

225日發表在《美國國家科學院院刊》的論文證明,一種特殊類型的核磁共振成像,能夠追踪小鼠腹膜內(IP)腔中植入細胞的氧含量。

該研究的高級作者,麻省理工學院化學工程系副教授Daniel Anderson和他的團隊,一直在開發包封在藻酸鹽顆粒中的可植入胰島細胞數年。藻酸鹽顆粒可替代1型糖尿病患者的胰島細胞。

在一項研究中,研究人員發現,直徑為1.5毫米的較大顆粒,比較小的直徑為0.5毫米的顆粒能夠運行更長時間。較小的顆粒通常最終被瘢痕組織包圍,阻止氧氣進入。

一旦植入,粒子就會穿過腹膜,這意味著需要追踪它們的氧氣暴露。腹膜空間具有不同的氧氣水平。其他研究表明,較小的顆粒聚集在脂肪塊中,通常氧氣較少,使顆粒失效。

麻省理工學院的研究人員使用氟化物磁共振成像,來測量活組織中的氧含量。 氟化物核磁共振成像測量磁場和氟原子核之間的相互作用,以及相互作用如何受氧氣影響。

在這項研究中,研究人員使用一種名為全氟化碳乳劑的含氟物質進入藻酸鹽,用於封裝胰島細胞。

在糖尿病和非糖尿病小鼠中測試直徑為0.51.5mm的顆粒。非糖尿病小鼠接受藻酸鹽植入物,內部沒有細胞,糖尿病小鼠植入了胰島細胞。氟MRI測量腹腔空間中的氧氣水平三個月。研究人員還測量了糖尿病小鼠的血糖。

研究人員使用機器學習演算法分析結果數據,並透過圖像找出腹腔空間中膠囊位置、氧氣水平和小鼠血糖水平之間的相關性。

該研究的主要作者Virginia Spanoudaki說,這些類型的成像研究涉及大量數據,並且篩選這些2D圖像並決定膠囊位置如何影響氧氣濃度,是非常具有挑戰性的工作,且容易出錯,因此,研究團隊依靠機器學習自動瀏覽圖像,並找到膠囊位置與其他參數之間的關聯。

研究人員表示,數據顯示較小的膠囊可以在治療的前30天內,產生足夠的胰島素來治療糖尿病小鼠,但隨後開始聚集在動物四肢的脂肪區域。較大的膠囊擴散到更大的區域,並遷移到高氧和低氧區域。來自較大膠囊的細胞也可以分泌足夠的胰島素,以在幾個月內保持血糖水平穩定。

Joslin糖尿病中心共合負責人Gordon Weir說:「麻省理工學院小組之前已經表明,與0.5 mm相比,使用直徑為1.5 mm的膠囊,小鼠(和非人類靈長類動物)的移植效果更好。有了這種技術,我們可以看到較小的膠囊更容易結塊,導致更加缺氧的環境,使胰島素分泌受損和更多的細胞死亡。」

Anderson的研究小組成立了一家名為Sigilon Therapeutics的公司,以進一步開發生物人工胰腺。他們希望在2020年之前開始測試患者的可植入胰島細胞,並希望在像人類這樣的大型動物中實施氧氣測量技術,以開發不同版本的封裝胰島。