单子细胞移植1型糖尿病的许诺

1型糖尿病是一种自体免疫疾病,它会破坏兰格汉斯胰岛素生成的β细胞。 几十年来,唯一的治疗方法一直是终生胰岛素疗法,但不能完全模仿血糖的生理调节。 岛细胞移植提供了一个变革性替代方案:将注射胰岛素生成的细胞注入接受者的肝脏,在接受者肝脏中,它们可以将胰岛素注入肝脏,从而适应葡萄糖水平。 治疗过程已经从实验疗法发展为对糖尿病或肾脏移植需要同时移植的患者的一种证明可行的选择。

岛移植如何运作

这一过程始于用酶消化和密度递增净化将小岛从已故捐献者胰腺上隔离出来。 隔离的小岛在最小侵入性手术中被注入受体的门户血管。 一旦被放入肝脏,小岛就重新血管并开始分泌胰岛素。 移植的成功关键取决于注入时小岛的可行性和功能;隔离、文化或保存期间的任何损害都会直接损害结果。

目前的成功率和限制

根据合作岛移植登记局的数据,近50%的接受者在移植后一年内实现了胰岛素独立,许多人在移植后多年保持了部分功能。 然而,由于捐献器官的稀缺和加工过程中的小岛的脆弱性,该程序仍然受到限制。 由于缺乏保存方法,在移植前可能损失高达50%的小岛。 减少这种损失的创新对于使治疗更加可靠和方便使用至关重要。

孤岛细胞保存的重大挑战

岛细胞的活性高、血管结构密集和对缺氧的敏感度使得它们特别容易在隔离和移植期间受损害。 三种主要伤害威胁着伊莱特遗传:化学损伤、低温损伤和免疫介质损伤。

岛细胞对伊斯克米亚和伪海克西亚的敏感性

从捐出者胰腺取出,氧气和营养供应停止。 岛体的氧气消耗率高,约为外出性胰腺组织的3至5倍。在炎热的异血症、ATP水平暴跌、钙离子沉积失效和细胞死亡路径激活的几分钟内,即使冷藏期间,线粒体功能也恶化。 超过8小时的长时间的冷染性血症时间与移植后胰岛素分泌量明显降低和早期葡萄衰竭率较高有关。

保护生命和文化造成的损害

冰冻是长期储存的必要条件,但冰晶形成会破裂细胞膜。 缓慢地冻结硫氧化二甲基(DMSO)是几十年的标准,但解冻后只能产生50-70%的活性。 冰的形成并非唯一的反派;加热和去除过程中的低温保护毒性、骨骼休克以及由寒冷引起的人口死亡都会导致细胞丧失。 营养介质中的短期培养也会影响黄体,因为它们会长期去除差异并失去功能。

无法计量的损害和拒绝

即便小岛在保存中幸存下来,它们也立即面临受体免疫系统的攻击。 即时血液介导的炎症反应(IBMIR)在数小时内摧毁了一大部分被移植的小岛。 增加岛体抗药性或允许以抗炎剂为先决条件的保存技术可以缓解早期的分泌损失。

创新变革保护协议

过去十年来,研究人员开发出一套技术,大大地改善了岛细胞的生存、功能和活化。 这些创新触及了保存路径的每个阶段 — — 从隔离到储存到移植前的调节。

变相化与慢冻

维化是一种快速冷却技术,它将细胞转化为玻璃状的形态状态,从而完全防止冰晶形成。通过使用高浓度的低温防护剂和超快冷却率(千分之分每分钟),维化可以实现90%以上的解冻后生存能力[1]。 已经对若干个维化协议进行了优化,专门适用于胰岛,包括使用开动的吸管或电子显微镜网格来最大限度地地进行热能转移。 挑战在于将这种方法推广到临床体积,同时避免了低温防护毒性。

下一代 Cryo 保护解决方案

新的低温防护剂配方结合了低毒性剂,如磷酸酯、苏克罗斯和多氯乙烯基 ⁇ 酮,并减少了DMSO浓度,其中一些包括了抗氧化剂,如Ascobric酸或维生素E,以对抗冻冻循环中产生的活性氧物种。开发出抑制在暖化期间再生的“冰阻塞”聚合物,结果进一步提高了2022年的一项研究,报告称,用以磷酸盐为基溶液的黄原冷冻剂的糖分泌物单比DMSO具有双重更高的葡萄糖分泌分泌 。

催眠机

与静冷储存相反,机器输油泵通过胰腺或孤立的小岛进行氧气化,富营养保存溶液。 这一技术保持了ATP水平,减少了氧化应激,并允许实时监测器官健康。 叶片隔离前整个胰腺的催眠机的输入大大增加了临床前模型的叶片产量和可行性。 对于孤立的岛,以输入为主的微氟化装置可以提供气体交换并去除代谢废物,将培养时间从数小时延长到数天而不失去功能。

生物反应器和微氟平台

生物反应器提供了一种可控制的环境来模仿生理学微循环。 放置在输入物生物反应器中的小岛会不断流出介质,从而防止中心坏死 — — 这是静电培养中导致岛屿死亡的主要原因。 先进的微流装置使研究人员可以在单个小岛上测试保存溶液并优化大众运输的条件。 这些平台还被用于含氧张力低或葡萄糖低的先入为主的小岛,以保护它们免遭随后的化学伤害。

抗氧化剂和防炎添加剂

将N-乙酰基苯、节奏或共生素Q10等抗氧化剂添加到保存溶液中,会减少活性氧物种和脂质过氧化. IL-1受体对抗剂等抗炎细胞基或抑制补充级联保护IBMIR的活性分泌剂. 一个关键的创新是使用硫化氢捐赠者,通过减少氧化代谢并激活活性途径赋予细胞保护. 临床试验正在测试是否将这些化合物添加到保存介质中会改善患者的分泌功能.

纳米技术和封装

纳米结构的低温防护剂和冰管剂正在成为强大的工具。 正在研制能直接将自由基或抗人性因素带入黄岛的纳米粒子。在保存前将黄岛封装在黄岛或其他水凝胶中,可以防止它们受到剪切力和免疫攻击。一些封装装置包含出氧材料,以防止文化期间出现缺氧。 这些方法不仅可以保护黄岛,而且还可以提高它们移植后的长期生存能力。

衡量保全成功:可行性和功能

对岛体质量的准确评估对于评估新的保存技术至关重要。 传统的方法,如:锥蓝排除法或氟乙酸二乙酯/碘化丙酯污渍性测量膜完整性,但不预测功能。 更复杂的化验方法现在已经是标准方法。

ATP 含量和氧消耗率

每一岛的ATP含量等同与可行性和移植后功能相关,在起爆舱所测出氧消耗率提供了线粒体活性的动态测量,每100个岛的OCR含量超过200平米/分,被认为是极佳的,这些化验结果既用于研究,也用于临床批量放出试验。

葡萄糖刺激胰岛素分泌试验

金标准功能测试是葡萄糖刺激胰岛素分泌(GSIS)的测定. Islets相继暴露出低(2.8 mM)和高(16.7 mM)葡萄糖,所释放出的胰岛素被测量. 刺激指数(高到低葡萄糖分泌的比例)高于2.0是可以接受的;高于5.0的值是极好的. 新的保存方法旨在达到相当于新鲜地岛的刺激指数.

在Vitro和Vivo评估中

体外活性与功能是有用的,但最终测试是移植到免疫缺陷小鼠(裸鼠模型)中. 30天后从这些小鼠上取出的人岛被分析胰岛素含量,血管密度和糖反应性胰岛素释放. 这个模型是临床前验证保存技术的金本位 [[3].

改进保护的临床影响

更好的保存已经开始转化为更好的临床结果。 其效果在移植功能、移植物流和病人生活质量方面是显而易见的。

更好的引力函数和胰岛素独立

采用优化保存协议的中心报告,在六个月和一年的时间里胰岛素独立率较高。埃德蒙顿协议——它于2000年使岛地移植革命化——使用了新鲜的小岛。今天,即使小岛保存24小时或更长,合并了活化、低温渗透和抗氧化剂添加剂的方案也取得了相近的效果。2023年的元分析发现,保存的岛地移植的持久功能概率比传统缓慢冻结保存的要高25% 4 。

延长冷性脑炎时间和器官分配

广泛进行岛地移植的最大障碍之一是从胰腺采购到岛地隔离的6小时时间窗口。 低温机器输水和高级低温保存等创新可以将时间延长至12–24小时。 这样可以让器官在更长的距离内迁移,改善与接受者匹配,并减少浪费的捐赠器官数量。 国家机关采购组织现在正在考虑为所有拟用于岛地隔离的胰腺捐赠者纳入机器输水。

减少早期损失

IBMIR和低氧引发的活性硬化症是第一周出现岛体流失的主要原因。 具有抗活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性活性

岛屿保护的未来方向

该领域正在迅速走向个性化的、生物工程化的保存解决方案,这些解决方案保护了岛屿免受伤害,同时为它们为接受者的免疫环境做好准备。

遗传工程增强复原力

保护前对小岛进行基因改造是积极研究的领域,BCl-2或Heme氧酶-1等抗人性蛋白的过度表达可防止冷压力和炎症; 减少补充活化的基因会减少IBMIR; 虽然这些修改需要病毒载体和增加监管障碍,但在未来五年内,使用CRISPR编辑的岛进行临床试验以保存。

与机构银行业的高级加密保存

器官库的概念正在形成,目的是利用维氏和纳米升能,将整个锅炉或大型地岛集群保存数月或数年。这将允许创建能够测试HLA匹配和感染性安全性的地岛"图书馆",使用前该技术仍然是临床性的,但在活化和再升鼠和兔肾方面的成功表明,用于孤立地岛的整个器官库是可行的[5]。

与免疫结合

保存不仅仅是维持细胞的生命——它也是一个改变细胞以逃避免疫系统的机会。 将小岛与调节T细胞或免疫调节聚合物共同封装,可以减少终生免疫抑制的需要。 保存含有抗CD40或抗CD154抗体的溶液可以在储存期间与小岛表面相接并阻断移植后的共刺激信号。

已安装的单元驱动的岛与保存需求

软细胞-衍生的岛细胞正在进入临床试验,作为捐献器官的替代。 这些细胞也必须保存下来,它们也带来了独特的挑战,因为它们不太成熟,更敏感地承受压力。 优化初级岛的保存技术可能会转移到干细胞衍生出的产品,但正在进行的研究正在对这些被工程改造的组织进行修改协议。 储存和分配现成的、可行的干细胞衍生出岛的能力可以使糖尿病治疗发生革命性的变化。

结论

叶片细胞保护方面的创新正在改变1型糖尿病的叶片移植的地貌。 从维氏和低温输血到基因增强和纳米技术,这些进步正在把这个领域从一个受捐赠者物流和细胞脆弱性限制的程序转移到一个更可靠、更可扩展和更有效的程序。 持续的研究 — — 诸如日本发展基金和全国卫生研究所等组织所支持的研究 — — 将改进这些方法,使胰岛素独立的前景更接近每一个需要的患者。 在未来十年里,这些技术有可能在临床上融合,使叶片移植成为标准治疗而不是最后的治疗方法。