Sự phát triển của các thiết bị tuyến tụy sinh học đại diện cho một biên giới đầy hứa hẹn trong việc điều trị tiểu đường 1. đối với hàng triệu người sống với điều kiện này, gánh nặng hàng ngày của việc giám sát đường huyết, tiêm insulin, và nguy cơ liên tục của việc hạ đường huyết hoặc tăng đường huyết có thể gây ra sự kiệt sức và nguy hiểm. trong khi việc cấy ghép truyền thống có thể cung cấp một phương pháp chữa trị chức năng, những lựa chọn này bị hạn chế nghiêm trọng bởi sự thiếu hụt máu và nhu cầu về việc tiêm phòng miễn dịch kéo dài suốt đời.

Thiết bị Pancreas mang tính sinh học là gì?

Một thiết bị tuyến tụy sinh học là một hệ thống lai hợp nhất mô sinh học — thường là tế bào phân tích insulin — với vật liệu tổng hợp và thường là các thành phần điện tử để tự điều chỉnh lượng đường huyết. Nguyên tắc cốt lõi là cung cấp một nguồn cung cấp insulin liên tục, phản hồi không cần thiết cho người dùng can thiệp. Không như hoàn toàn cơ học tuyến tụy (máy bơm insulin kết hợp với màn hình tiếp theo lượng tử), thiết bị sinh học dựa trên các tế bào sống đến mức độ tăng lượng insulin và sản xuất insulin theo cách thích hợp sinh lý.

Thành phần của một Pancreas mang tính sinh học

Tuyến tụy sinh học điển hình gồm ba yếu tố chính:

  • Các tế bào sinh sản từ vi sinh vật: Những tế bào này thường là tế bào nhỏ được hiến từ tuyến tụy con người, nhưng cũng có thể bắt nguồn từ tế bào gốc, nguồn động vật (xenenentransplanation), hoặc các dòng tế bào được cấu tạo gen. Những tế bào này phản ứng với các cấp độ phân hủy insulin bằng cách tiết ra insulin khi lượng insulin cao và giảm khi lượng tử trong quá trình hấp thụ chất béo.
  • Chất kháng thể, T và các thành phần miễn dịch khác: trong khi cho phép chất béo, insulin, oxy và chất dinh dưỡng đi qua.
  • Nền tảng phân loại:) Các tế bào đã kết hợp có thể được đặt trong một phòng vĩ mô (thường là một tờ hoặc ống) hoặc là các viên nang siêu nhỏ. Một số thiết bị cũng bao gồm bộ nhạy siêu thanh hay mô- đun giao tiếp không dây để giám sát bên ngoài.

Kiểu hình thức thực hiện

Trong việc thu thập chiến lược mô phỏng đơn bào. Phương pháp này cho phép tái tạo dễ dàng nếu cần thiết và có thể được cấy ghép để cải thiện việc sản xuất oxy. Thí dụ bao gồm các cụm vi sinh học PEC-D, có màng bao gồm một màng lớn cho phép trực tiếp mạch máu phát triển, và phương pháp này dùng một màng bảo vệ không gây mê. Việc mô phỏng vi mô bao gồm 500 tế bào (t phần trăm), một tế bào có thể tự kết nối với hàng trăm, có khả năng tự vệ, có khả năng tự vệ tương ứng với các mô.

Những công việc thiết kế sinh học

Chức năng sinh lý của tuyến tụy sinh học phụ thuộc vào khả năng cố hữu của tế bào beta để cảm nhận sự tập trung của chất Mê-xi-lu-lu-gia thông qua bộ chuyển dịch GLUT2 và chất enzyme glucokinase. Khi huyết thanh tăng cường, tế bào beta sẽ tiết ra insulin trong vòng vài phút. Quá trình kết hợp của màng bao tử phải cho phép sự phân tán nhanh chóng của chất Mê-ga-li vào thiết bị và insulin ra ngoài máu. Hầu hết thiết bị được thiết kế để được cấy ghép, không có chất dẫn hóa, hoặc vào túi rỗng. Hơn nữa, cơ thể tạo thành một mạng lưới bao gồm màng bao gồm màng bên phải được thiết kế với tính chất chính xác và đặc tính chất bên phải. Không có đủ lượng oxy, không có yếu tố chuyển hóa chất lượng oxy, cần thiết bị chuyển hóa thành yếu tố chuyển đổi chất cao.

Trong những năm gần đây, các nhà nghiên cứu cũng phát triển “các vật liệu thông minh phản ứng với các tín hiệu sinh lý học — chẳng hạn như thủy châm có thể sưng lên hoặc co lại với mức insulin để giải phóng insulin nhanh hơn.

Lợi thế hơn các cuộc chuyển đổi theo truyền thống

Loại trừ sự ức chế

Lợi thế quan trọng nhất của các thiết bị tuyến tụy sinh học là tiềm năng tránh được những thuốc ức chế miễn dịch kéo dài suốt đời. cấy ghép toàn bộ cơ quan hoặc cấy ghép cho phép cần phải có sự giảm miễn dịch mạnh mẽ, trong đó có nguy cơ nhiễm trùng, nhiễm độc, và các tác dụng phụ khác. bằng cách cô lập tế bào được cấy ghép từ hệ miễn dịch, kết nối giúp cho việc điều trị có thể tiếp cận với nhiều người hơn, kể cả trẻ em với những trẻ em bị biến chứng nhẹ, những trẻ em hiện không được xem là đủ điều kiện để cấy ghép.

Địa chỉ nhà

Sự thiếu hụt của tuyến tụy người hiến tặng là một cổ chai chủ yếu. cấy ghép gần đây phụ thuộc vào các cơ quan từ người hiến tặng đã chết, và có ít hơn 2.000 ca cấy ghép tụy được thực hiện hàng năm ở Hoa Kỳ. các thiết bị sinh học có khả năng sử dụng các tế bào thay thế như tế bào gốc, như tế bào hạt beta có sẵn (tem-did tế bào bị nhiễm khuẩn, hoặc SC-islets), tế bào di truyền từ những con lợn đã được tái tạo di truyền, hoặc tái tạo tế bào bất tử. Nếu các nguồn này có thể được sử dụng, có thể được sản sinh ra khối lượng lớn, chuyển thành một liệu pháp chữa trị có thể cấy ghép, một lần duy trì, thay vì một cuộc vật liệu có thể nuôi dưỡng kinh niên.

Sự cấy ghép rất nhỏ

Việc cấy ghép toàn bộ là một phương pháp phẫu thuật lớn với bệnh tật đáng kể, bao gồm biến chứng mạch máu, viêm màng não và từ chối. Việc cấy ghép là ít xâm nhập (nhiễm trùng vào tĩnh mạch cánh cổng), nhưng nó vẫn cần một phương pháp phẫu thuật thông gió và có nguy cơ như chảy máu và tăng huyết áp. Hầu hết các thiết bị tuyến tụy sinh học có thể được cấy ghép bằng cách cắt xén hoặc cắt nội soi đơn giản, giảm thời gian phục hồi và nguy cơ nguy hiểm. Một số vi mô có thể được tiêm ngay cả khi gây tê cục bộ.

Đức tính tốt hơn của đời sống và sự kiểm soát tinh thần

A fully functional bioartificial pancreas would provide glucose-responsive insulin delivery around the clock, freeing the patient from the constant need to calculate insulin doses, count carbohydrates, and anticipate exercise or stress events. Studies of islet transplantation have shown that successful grafts lead to insulin independence and normalization of HbA1c. The bioartificial approach aims to achieve similar metabolic outcomes while eliminating the need for immunosuppression, potentially offering a net improvement in quality of life.

Những thử thách và rào cản hiện tại

Cung cấp oxy và khả năng vận hành tế bào

Một trong những chướng ngại quan trọng nhất là việc đảm bảo sự phân phối oxy tới các tế bào có kích thước rộng lớn. Trong tuyến tụy bản địa, các tiểu cầu nhận được oxy từ một mạng lưới dày đặc. Các tế bào được đặt trong các khoang lớn nhất là những phòng lớn, chỉ dựa vào sự khuếch tán, mà chỉ được hạn chế độ sâu khoảng 200–300 mét. Nếu không có nguồn cung cấp máu mạnh, tế bào ở trung tâm của thiết bị có thể trở thành giảm oxy và chết trong vòng vài tuần hoặc vài tháng. Các nhà nghiên cứu đã cố gắng vượt qua bằng cách sử dụng vật liệu sinh học tạo ra khí, hệ thống lọc điện tử, phân hủy như là các yếu tố tạo ra các thiết bị tạo ra các thiết bị tạo ra, hoặc thiết bị dạng hình học, hoặc thiết bị dạng nhỏ hơn, có một khoảng cách mà hệ thống thông tin khác có thể cấy ghép vào các thiết bị thông tin khác vào các thiết bị dẫn có thể được cấu trúc nhỏ hơn hoặc hệ thống định dạng ống dẫn tới các ống dẫn khác trong không gian hoặc hệ thống định vị trí thông tin vào ống dẫn hoặc hệ thống định vị trí thông tin khác.

Phản ứng miễn nhiễm và chứng bệnh phù

Hệ miễn dịch có thể tấn công chính thiết bị này, dẫn đến xơ hóa học — một khoang liên kết dày mà càng hạn chế sự phân tán của chất Mê - ri - bô và insulin. Phản ứng này được dùng trong nhiều ống tiểu cầu có thể gây ra sự viêm, mặc dù các chất hóa học đã được biến đổi hóa học (như là chất gây xơ hóa học có độ phân hủy ba phần) đã cho thấy các phản ứng sợi trong mô hình động vật. Tương tự, vật liệu trong việc phân hủy lớn phải được chọn cẩn thận để giảm thiểu lượng protein trong việc sử dụng và kích thích độ phân hủy của các loài người và cuối cùng có thể phân hủy các thiết bị tuần hoàn không có chức năng tuần hoàn.

Điều luật Glucose chính xác

Các tế bào becitor đã được mô phỏng giữ lại khả năng nội tại của chúng, nhưng có thể có sự chậm trễ. Trong một thư điện tử tự nhiên, trong một giao tiếp qua đường dẫn và mô phỏng nhanh cho phép phản ứng nhanh. Trong một thiết bị nhân tạo, sự khuếch tán chất lượng đường huyết vào khoang và insulin ra ngoài có thể mất vài phút, có khả năng gây ra sự tăng cường độ cao siêu đường huyết áp. Hơn nữa, tổng số tế bào có thể được điều chỉnh cẩn thận. Quá ít tế bào dẫn đến việc sản xuất insulin không đủ; quá nhiều nguy cơ giảm thị cầu nếu chúng tiếp tục tiết ra mật tiết ra các thiết kế không thích hợp. Một số phản hồi trong một vòng phản hồi với cảm biến siêu đường huyết áp hay hệ thống điện tử, có khả năng tăng cường độ điện tử.

Tính bền và tính cách kéo dài

Tuy nhiên, các tế bào beta có tuổi thọ hữu hạn và có thể bị bệnh đa xơ hóa hoặc kiệt sức, nhưng vật liệu kích thích có thể làm suy giảm hoặc trở nên ít khả năng phục hồi hơn.

Nguồn tế bào: Từ người đóng góp đến người quản lý tế bào

Nguồn tế bào lý tưởng cho tuyến tụy sinh học sẽ có sẵn, an toàn, bền bỉ, tiết kiệm đường đường huyết, và có khả năng sản xuất cả insulin và các hóc môn khác (v. d. g. g. glucagon và somatostatin) để kiểm soát chính xác lượng đường giao thông lactose. Các tiểu đảo caveric là tiêu chuẩn vàng, nhưng cung cấp thì rất hạn chế. Các nhà nghiên cứu đang theo đuổi một số phương pháp khác.

Tế bào Beta bị nhiễm khuẩn gốc

Tế bào gốc phôi người (hESCs) và tế bào gốc đa năng (imuent cells (iPSCCC) có thể được phân biệt thành tế bào gốc insulin. Công ty này đã phát triển tế bào gốc tuyến tụy từ hESC và các tế bào gốc đa năng sau khi cấy ghép. Thiết bị PEC-Encap của chúng, sử dụng màng không có chất kháng sinh, hoàn tất các thử nghiệm lâm sàng sớm cho thấy một số sản xuất insulin (phát hiện có thể phát hiện được phát hiện trong việc tiếp cận không có lợi. Một phiên bản mới, PE-Circition, sử dụng màng cứng để cho phép hấp thụ hệ miễn dịch, vì các tế bào nhiễm có thể tiếp cận với các tế bào nhiễm độc tố mới hơn, nhưng có thể giải quyết các tế bào tử vi khuẩn hữu hiệu hóa được phát hiện trong quá trình thử nghiệm.

Bản vẽ Xeno

Những cục phân Porcine là một sự thay thế đầy hứa hẹn vì loài lợn có những quy định tương tự về đường đường đường huyết và tiểu đường có thể bị cô lập theo số lượng lớn. Hàng rào chính là vật trung gian bị loại bỏ cấp cao bởi các kháng thể trước khi có dấu hiệu của vi sinh vật có sẵn chống lại biểu tượng thần kinh. Những con lợn di truyền không có gen di truyền, không có khả năng sinh sản (v.g, heo dùng GTKO) và biểu thị protein bảo vệ miễn dịch của con người có thể giảm đáng kể. Khi những con lợn này được cấu trúc trước đó, chúng đã chứng tỏ chức năng định vị dài trong loài linh trưởng không phải là người — một trong một nghiên cứu, không có bệnh bạch huyết cầu được duy trì trong một năm. Tuy nhiên, vi khuẩn có thể ngăn chặn vi khuẩn đặc biệt (t-xin, nhưng vẫn tiếp tục với loài lợn có thể tồn tại và kết quả thử nghiệm trên mạng lưới của loài lợn có thể tiếp tục với loài lợn.

Dòng tế bào Beta bất tử

Các nhà khoa học cũng đã phát triển những tế bào tế bào sinh học bất tử hoặc chuột có thể được mở rộng vô hạn định trong văn hóa. Các tế bào kháng sinh chuột (MIN6) thường được sử dụng trong việc nghiên cứu, nhưng khả năng gây khối u của nó làm cho nó không thích hợp với việc sử dụng thuốc trừ khi kết hợp với gen tự tử có thể được kích hoạt nếu các tế bào bắt đầu phát triển không kiểm soát được.

Thử thách lâm sàng và sự phát triển thực tế

Thí nghiệm đầu tiên với thiết bị mô phỏng vĩ mô được tiến hành bởi ViaCyte: Hệ thống PECC-Encap (VCC01) được cấy ghép phụ trong loại bệnh nhân tiểu đường. Kết quả cho thấy các tế bào sống sót trong nhiều tháng và sản xuất Ccipade, nhưng màng không có chất kháng sinh đã ngăn ngừa sự chết của tế bào do giảm huyết cầu. Sau đó, thiết bị này được chế tạo bằng một thiết bị oxy có thể giảm hiệu lực trong một thiết bị oxy ở Châu Âu.

Công ty Kỹ thuật Tế bào Sinh sống (nay là Dinh truyền) đã thử nghiệm cách tổ chức các tiểu thuyết về con người ở tiểu bang New Zealand và Nga, một số bệnh nhân cho thấy những nhu cầu của insulin giảm và cải thiện, tuy sự sống còn lâu dài của tế bào thần kinh bị hạn chế.

Để biết thêm thông tin về các thử nghiệm cụ thể, xin xem [FLT: 0] Cơ sở dữ liệu ) và các ấn phẩm từ Viện Nghiên cứu Quốc gia ).

Hợp nhất với công nghệ

Một số thiết bị thế hệ kế tiếp kết hợp các cảm biến liên tục và máy phát không dây. Chẳng hạn, tiểu cầu có thể được bổ sung bởi một thuật toán bên ngoài điều chỉnh insulin cho việc truyền qua đường ống, dựa trên các thông tin về kỹ thuật nhận dạng đường huyết, đặc biệt nếu thành phần tế bào này hoạt động chậm, thì hệ thống này kết hợp thành tuyến tụy liên tục với các lợi ích của việc sản xuất insulin (bên trong và bên dưới các lề an toàn khác), với tốc độ điện tử. Các nhà nghiên cứu cũng cho phép các ứng dụng điện thoại thông minh và các thiết bị y tế theo dõi, và chức năng hỗ trợ oxy (để tăng cường) như một hệ thống oxy và bảo trì.

Bộ theo dõi vô tuyến các bộ phận đã được kích hoạt

Một thách đố là, khi cấy ghép, không thể quan sát trực tiếp tính vi sinh của tế bào, nhiều nhóm đang phát triển các cảm biến đã được cấy vào để đo mức tiêu thụ oxy, insulin giải phóng, hoặc trao đổi chất tế bào như chỉ số cho thấy sức khỏe của người ghép.

Những sự hướng dẫn và cải tiến trong tương lai

Kỹ thuật in và in ấn 3D

Sử dụng công nghệ in sinh học 3D, các nhà nghiên cứu có thể tạo ra một giàn giáo chứa các tế bào beta, tế bào hậu môn (để phát triển hình mạch máu), và hỗ trợ các thành phần ma trận ngoại bào. Mục tiêu là xây dựng một cơ quan hoàn chỉnh có thể cấy ghép. Sinh học in ra các loại tế bào khác nhau và tạo ra các kênh cho máu chảy. Trong khi ở giai đoạn tiền tuyến, công nghệ này hứa sẽ vượt qua các giới hạn phân tán mà thiết bị hiện tại đang gặp tai họa.

Khả năng sửa chữa không thể xóa

Các tế bào gốc có thể được chỉnh sửa để xóa bỏ phức hợp phức tạp phức tạp về gen CRISPRCas9, và để thể hiện các yếu tố gây bệnh miễn dịch như PDL1. Những tế bào này có thể được sử dụng mà không cần phải có sự nhận dạng đặc biệt nào, dù nguy cơ nhận dạng miễn dịch hoặc tấn công từ các tế bào tự nhiên (N) vẫn còn tồn tại.

Nơi làm việc kế hoạch khác

Không gian phụ rất hấp dẫn vì nó có khả năng xâm nhập tối thiểu nhưng nó không được cấy ghép. Không gian trong túi có nguồn cung cấp dinh dưỡng dinh dưỡng tốt hơn nhưng có khả năng hạn chế cung cấp dinh dưỡng và khả năng gây xơ hóa. Một phương pháp khác là hệ thống dẫn máu, một mô mỡ có khả năng dễ dàng truy cập vào màng ngoài. Thử nghiệm lâm sàng bằng kỹ thuật túi tinh hoàn đã cho thấy sự thiếu hụt của trẻ nhỏ. Một khu vực khác là tủy xương, nơi có môi trường miễn dịch dễ chịu hơn. Các nhà nghiên cứu cũng đang cấy ghép các mô mỡ dưới thận, thậm chí trong một thiết bị tạo ra oxy phụ.

Sự tập hợp của các ô Glucagon-Screing

Loại 1 tiểu đường gây ra sự hủy hoại của tất cả các loại tế bào tiểu đường, không chỉ các tế bào beta, một thiết bị lý tưởng cũng chứa tế bào alpha để tạo ra glucagon, ngăn ngừa bệnh thiếu đường huyết.

Xem xét những điều khoản kinh tế

Việc đưa một tuyến tụy sinh học đến thị trường không chỉ đòi hỏi sự thành công của khoa học mà còn cần phải có sự cải tiến khoa học và đường cong nhờ các cơ quan điều chỉnh, chi phí sản xuất các tế bào đã được sắp xếp, đặc biệt là nếu lấy từ tế bào gốc đa năng, hiện nay rất cao — ước tính hàng chục ngàn đô la mỗi bệnh nhân. Việc nâng cao và tự động hóa sẽ cần thiết để giảm chi phí.

Để biết tổng quát về sự hướng dẫn của cơ chế này, xin xem [FLT: 0] Phần sản phẩm [FLT: 1].

Kết luận

Các thiết bị tuyến tụy sinh học đại diện cho sự thay đổi chính xác trong việc điều trị loại tiểu đường 1. Bằng cách khai thác trí thông minh sinh lý của tế bào sống và bảo vệ chúng khỏi hệ thống miễn dịch với vật liệu được thiết kế, những thiết bị này có khả năng cung cấp một sự tồn tại vĩnh viễn và không có insulin cho hàng triệu bệnh nhân.

Những thử nghiệm lâm sàng hiện nay đang tạo ra dữ liệu quan trọng, và những cải tiến trong sự khác biệt tế bào gốc, biên tập gen, vật liệu sinh học và thiết bị đang tăng tốc. với sự đầu tư lâu dài từ cả khu vực công cộng và tư nhân, một tuyến tụy sinh học được chấp nhận một cách lâm sàng có thể có sẵn trong vòng mười năm tới.

Để cập nhật các phát triển mới nhất, trang web JDRF (Chuyến đi của giáo phái nghiên cứu ngôn ngữ đạo đức học) đưa ra một tổng quát về việc nghiên cứu tuyến tụy nhân tạo, kể cả các nền tảng cơ khí và sinh học.