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活性藥物工廠有朝一日可能取代注射

來源 : Summer Weng 編譯
update : 2018/05/22
圖片來自麻省理工學院網站
糖尿病患者通常依靠持續注射胰島素來控制他們的疾病。但麻省理工學院衍生公司Sigilon Therapeutics正在開發一種植入式胰島素生產設備,有朝一日或使注射劑過時。

Sigilon 最近與製藥巨頭禮來合作開發了「活性藥物工廠」,該工廠由封裝的工程細胞製成,可以安全地植入體內,並在幾個月甚至幾年內生產胰島素。日後,細胞也可能被改造成分泌其他激素、蛋白質和抗體。

基於過去十年在麻省理工學院進行的研究,Sigilon 設計出一種封裝細胞,並保護其免受患者免疫系統損害的裝置。這可以與產生目標治療劑的工程細胞如胰島素組合。這些裝置是微小的水凝膠珠,直徑約1毫米,可以透過微創手術植入患者體內。

Sigilon聯合創辦人兼共同發明人,同時也是麻省理工學院化學工程系、醫學工程與科學研究所以及科赫綜合癌症研究所的Daniel G. Anderson說:「這使得我們能夠在體內擁有活的藥品工廠,可以根據需要在適當的數量和正確的地點提供治療藥物。 希望這種活體器械可以置於患者體內,避免免疫抑制,並提供長期治療。」

找到合適的材料
目前,大多數患有糖尿病的患者會每天扎手指抽血和檢測血糖水平,且在必要時注射射胰島素。這是一種有效的治療方法,但通常不正確的給藥,導致血糖水平失控。 即使是最細心、最勤奮的糖尿病患者也會遇到麻煩,所以他們經常會發現他們的血糖太高或太低。

被稱為細胞療法的另一種有前途的治療已經存在了幾十年。在這種治療中,患者接受移植的人體細胞,分泌蛋白質、激素或其他抗擊疾病所需的物質,或患者身體無法生產的物質。

安德森說,一些使用這種方法的患者可以長期控制血糖水平,不再需要注射胰島素。但是,這些患者必須服用免疫抑製劑,否則他們的免疫系統會排斥並殺死外來細胞。

近年來,研究人員一直致力於細胞包裹,將細胞移植於薄聚合物薄膜中以抵禦免疫反應,但仍能滋養細胞。這種療法已顯示出治療癌症、心臟衰竭、血友病、青光眼和帕金森氏症以及其他疾病的潛力。但是,到目前為止,還沒有任何治療手段能夠進入市場。

在2000年代中期,青少年糖尿病研究基金會(JDRF)的Julia Greenstein,與麻省理工學院團隊聯繫,尋求幫助開發用於胰島細胞包裹的新技術方法。這項合作得到了JDRF和Leona M,以及Harry B. Helmsley慈善信託基金,對麻省理工學院和波士頓兒童醫院的資助,以開發商業上可行的,用於糖尿病的細胞封裝技術。

問題在於確定保護細胞的正確材料。放置在體內的大多數材料導致瘢痕組織積聚,這是一種稱為「纖維化」的過程。例如,當醫療器材被疤痕組織覆蓋時,它們與身體分離,這可以阻止胰島素的轉移並導致包封的細胞死亡。

化學修飾藻酸鹽,一種排列棕藻細胞壁的多醣,或許是答案。與水結合後,藻酸鹽也可以製成凝膠,可以安全地封裝細胞而不會限制功能。但是,研究人員必須確保塗層不會導致纖維化。為此,他們將不同的分子連接到藻酸鹽的聚合物鏈上,對結構進行數百次化學修飾直到他們發現一種不引起免疫反應的版本。

最終的結果是:「一種能夠保持細胞存活並且具有可滲透性的水凝膠,從而可以進入糖和營養物質並且胰島素可以出來,但仍會阻止免疫系統的細胞成分,如T 細胞,這會破壞內部的治療細胞」,安德森說。

在2015年出版的Nature Materials,和2016年的Nature Medicine以及Nature Biotechnology上發表的三項研究中,研究人員將包裹在水凝膠中的細胞植入動物體內。他們發現細胞立即產生治療量的胰島素,以響應血糖水平,並在六個月的研究過程中控制血糖。他們還發現,植入不含工程細胞的受試者的水凝膠小膠囊可防止纖維化。

安德森說:「有越來越多的科學工作,採取不同的方法解決這個問題。 關鍵挑戰是找到避免疤痕組織形成的材料。」

四月初,Sigilon與全球糖尿病護理領導者禮來合作,使用Sigilon稱為Afibromer的封裝技術,開發I型糖尿病治療。根據協議,Sigilon將透過臨床試驗獲得6,300萬美元預付款、股權投資以及超過4億美元的分期付款,將含有幹細胞來源的胰腺β細胞的Afibromer設備投入使用。

安德森表示,這只是一個開始。禮來是糖尿病治療的主要參與者,他們將採取這個措施治療糖尿病。 他認為這項技術可以做為許多應用。

Sigilon正在研究各種其他應用,包括稱為「感知與回應」的療法,其中細胞感知生物信號,並以目標治療劑的精確劑量作出反應。例如,工程細胞可以分泌蛋白質,來治療缺乏分解脂質或碳水化合物酶的溶酶體貯積病、激素釋放治療血友病,或用抗炎蛋白質對炎症介質作出反應。

未來,Sigilon的聚合物也可以修改成為植入醫療設備的塗層,如冠狀動脈支架或胰島素泵。安德森說:「線圈、分流器和幫浦都有疤痕組織形成的問題。 我們將物體與身體連接的越多,擁有避免纖維化的物質就越重要。」