岛细胞移植是治疗1型糖尿病和严重低血糖患者的一种变革性疗法。 通过将注射者生成的胰岛素分泌物注入肝脏,该程序可以恢复内生胰岛素分泌,并改进甘油控制。 尽管经过几十年的改进,免疫媒介的拒绝仍然是长期成功的最大障碍。 即使有目前的免疫抑制协议,许多移植在五年内失败。 挑战在于多方面:全活性T细胞和抗体攻击捐献者分泌物分泌地,经常性的自体免疫侵蚀β细胞,以及严酷的肝细胞微生物导致早期分泌损失。 该条探索了最有希望的创新方法,以减少异细胞移植中的排斥,从高级免疫抑制和封接到遗传工程和免疫耐受感。 研究如何将这些策略与干细胞-衍生地和实时免疫监测相结合,从根本上改变糖尿病细胞替换疗法的前景。

拒绝问题:为什么孤岛清除失败

为了了解这些创新,首先必须了解免疫挑战。 一个已故捐赠者的岛细胞表达的是异地人类白细胞抗原(HLA),这些抗原立即被接受者的免疫系统所识别。 内生和适应性武器都具有积极的反应。 巨噬细胞和凹陷细胞吞噬了黄细胞并给T细胞呈现出捐赠者的抗原,而B细胞则产生捐赠者的抗体。 由此产生的炎症级联在数到数周内摧毁了脆弱的小岛,这种现象被称为早期分泌。 长期拒绝在记忆细胞T细胞和抗体的驱动下,在数月和数年中进一步侵蚀了功能。

除了过敏外,1型糖尿病患者还先会发现针对β细胞抗原的先发性T细胞。 这些细胞在移植后可以被重新激活,即使在HLA匹配优化时也会造成遗传破坏。 门户血管输液点也带来机械和代谢压力:缺氧、低氧张力(20-40毫米Hg),以及接触肠道衍生的异丁二醇引发了即时血液介导的炎症反应,在数小时内可摧毁多达50%的被喷入的岛地。

传统的免疫抑制——典型的结合了钙素抑制剂、肌外膜软体素和皮质类固醇——部分控制了这些反应,但代价高昂。 肾上腺毒性、感染风险增加和代谢副作用很常见。 此外,这些药理不足以防止许多病人的排斥,特别是在黄麻质处于边缘时。 这一现实刺激了旨在使黄麻移植成为更持久和更加广泛获得的治疗的创新浪潮。

创新免疫抑制制度

新的免疫抑制剂注重选择性和降低毒性,影响最大的发展之一是T细胞成本模拟封锁。 Belatacept是一种聚变蛋白,它阻断了CD80/CD86与CD28的相互作用,在肾脏移植方面表现出了希望,目前正在对岛移植进行调查。 利用T细胞活化所需的第二个信号,白细胞接受可以防止甲状腺反应,而不会产生钙氨酸抑制剂的肾毒性。 早期试验报告,当白细胞受体与西诺利姆斯和低剂量塔克罗利姆斯结合时,甘油控制得到改善并降低拒绝率。

定向生物学和上岗治疗

针对特定免疫细胞的单体抗体被越来越多地用作诱导疗法. Alemtuzumab(抗CD52) 耗竭了T和B细胞,为 Islet 活化提供了干净的板块. Rituximab(抗CD20) 耗竭了B细胞以减少抗体介质的排斥. Basiliximab(抗CD25) 将活化T细胞上中间的leukin-2受体阻断. 这些药剂的结合,再用Shultolimus或我的酚酚酸盐进行维持治疗,改善了临床试验中的早期活化. NICHE试验 目前正将基于 alemtuzumab的上岗治疗制度与单体接受者的标准疗法相比较.

扬纳斯·克纳斯干扰器

类似多肽类抑制剂(tofacitineb)是另一个前沿。这些口服剂阻断了细胞细胞和NK细胞激活的关键信号途径。非人类灵长类岛移植模型的临床研究显示,长效活性,副作用减少。临床翻译正在进行,早期结果显示这些剂可能取代或减少对钙素抑制剂的需求。 第二阶段研究预计将在2025年末开始评估JAK1/2抑制剂Ruxolitineib与倍体结合使用。

蛋白质抑制剂和反缺陷治疗

抗体介质排斥仍然是一项尚未解决的重大挑战。Bortezomib,一种蛋白质抑制剂,使血浆细胞耗尽并减少了捐赠者特有的抗体乳头。在岛移植中的案例报告显示,当血浆介质结合后,急性抗体介质排斥情况发生逆转。还在探索用克氏菌(抗C5)来补充抑制;一项试点研究表明,异体移植的克氏菌素减少了对受敏受体外来胰岛素的需求。

封装技术:防袭岛

避免排斥的最优雅策略或许是将捐赠者岛从免疫系统中分离出来。 封装涉及周围的岛,其半渗透膜允许葡萄糖和胰岛素自由扩散,同时排除免疫细胞和抗体。 这一策略可以完全消除系统免疫抑制的需要。

生物材料的进步是关键的。传统的活化胶囊引发了以宏观phage累积和纤维化为特征的外体反应。 较新的材料,如三亚甲烯-硫代形态二氧化物活化和兹维特活化液凝胶,抵抗蛋白质吸附和免疫细胞粘附。共同封装免疫活性分子-中间受体-1受体对位素、CTLA4-Ig或调控细胞基能产生一种局部的过敏微观环境,而不会产生系统效应。

宏封装设备

宏观封装将大量小岛置于一个单一的舱内。最先进的设备Beta-O2技术宏观封装系统使用含氧口的平面膜。临床试验显示,宏观封装的人类小岛可以存活和运行数月,即使在没有免疫抑制的病人中也是如此。然而,营养扩散和纤维过度生长仍然面临挑战。 OXYGENE-1试验目前正在评估一个经过修订的可植入氧输送系统,以改善 Islet 的可行性。另一种方法是ViaCyte PEC-Encap设备,它使用由干细胞所生出的一个半透膜袋,即泛子细胞;虽然早期结果显示,生产胰岛素,但设备检索显示由于外体反应,其吸收的精度有限。

微封装和纳米封装

微封装涉及用水凝胶涂装单个小岛或小集群,通常由海藻所取出。这种材料是生物相容的,可以化学上修改以减少外体反应。最近的进展包括三亚硫-硫代形态二氧化物盐酸盐,它能抵御非人类灵长类动物的纤维过度生长。纳米封装使用更薄的聚合物层,降低扩散障碍并改进胰岛体动力学。糖尿病研究所的小组表明,通过胶囊提供的IL-1受体对抗剂可以在当地抑制炎症,而不会产生系统效应。层间纳米化与多电子化物(如多L-lysine和高血压)可以精确控制胶囊的渗透性和表面电荷。

正规的接合

一种较新的方法,即有适应性的涂层,使用以滴入为主的微流体来直接在每个岛周围施放薄而统一的聚合物涂层,这可以使胶囊体积最小化,并且比传统的微毛盖改善氧交换;临床前的数据表明有适应性的涂层能使糖尿病小鼠的规范性血症维持200多天,而不会受到免疫抑制;目前,该方法正在向大型动物模型发展;正在开发具有高吞吐量的有适应性的涂层的微流体平台,用于临床规模的制造。

捐助者小组的基因改变

基因工程不是隐藏免疫系统,而是会使它们变得隐形或积极抑制。 正在研究若干战略,利用CRISPR/Cas9和病毒病媒技术。

偶发- 隐性分子表达式

转移带有基因编码的寄生虫蛋白可以局部抑制免疫反应。例如,细胞毒性T-淋巴细胞相关蛋白4-免疫洛布林(CTLA4-Ig)的表达会阻碍CD28的计算循环路径。 程序化的活体蛋白1(PD-L1)的表达会让PD-1在T细胞上引起疲劳。 表达CTLA4-Ig的转基因猪蛋白在非人性灵长类移植模型中表现出了扩展的生存能力。 最近,PD-L1和HLA-E(一种抑制NK细胞的非古典MHC分子)的表达会被证明是保护人类细胞和NK细胞在人性老鼠模型中的攻击。

击倒Xenoantigens

使用猪笼草的异异构转移酶——利用猪笼草来克服捐赠者短缺——对猪进行基因编辑至关重要。CRISPR/Cas9技术可以精确地淘汰α-藻类转移酶基因,该基因编码了人类先成型抗体所瞄准的主要异构抗原。进一步编辑可以增加人的补充调控蛋白(CD46、CD55、CD59)来防止补充-调解分解。预计对转基因猪笼草进行第一次临床试验,并用NIH赞助的SONIC试验来评价1型糖尿病的安全和疗效。三克诺克猪(GGTA1、CMAH、B4GALNT2)加上人的补充抑制剂的转基因表达,显示出非人类灵长类动物中的长期活性。

引导地方免疫容忍

一些研究者是工程化的分泌管细胞,比如Interleukin-10或转化生长因子-β。 这些分子促进调控T细胞(Treg)的扩张,并将平衡从效应器转移到遗传微环境的调控反应。 在啮齿动物模型中,这些被工程化的分泌管吸引了捐赠者的特异耐受性,使得同一捐赠者的未修改的分泌物可以不被免疫抑制地接受。 一个新颖的方法是使用CRISPR通过调解将IL-10和PD-L1转基因体整合到AVS1 安全的干细胞堆-衍生出产地,从而形成一条可以逃避免疫检测的普遍捐赠线。

HLA 工程和免疫外逃

击出β-2微血球素可以消除所有HLA类一表达,但使岛体易受NK细胞分解。 更精细的策略用HLA-E或HLA-G取代了内生HLA,后者在保持某种免疫识别的同时抑制了NK细胞。 或者,在HLA的活体结合的多肽沟道中插入“stealth”突变可以降低过敏T细胞的分辨,而不会引发NK攻击。 与HLA-E — 表达胰岛细胞的分解细胞在免疫能力小鼠体内存活100多天。

教育人们接受

真正的免疫耐受性 — — 即接受者的免疫系统在保持完全能对抗病原体的同时不会攻击受体 — — 是移植的圣杯。 岛屿移植中正在测试几种能引起耐受性的策略。

T细胞治疗

接受转移Tregs可以抑制过敏T细胞。 自动转移Tregs在移植时会扩大前体并注入。 ONE研究财团已经制定了肾移植Treg疗法的安全协议,并正在进行针对特定岛屿的试验。 Treg-Islet试验[正在评估18名1型糖尿病患者的Treg和低剂量免疫抑制综合作用。 一个重大挑战是确保充分Treg的持久性和稳定性;针对HLA捐赠者进行抗原受体(CAR-Treg)的工程Treg可以加强他们的嗜血和抑制功能。

混合肝脏性奇美尔主义

通过将捐献骨髓细胞与捐献地峡一起注入捐献地峡,可以形成混合的鸡尾酒。 捐献地峡干细胞在捐献地脊髓中共同植入,导致捐献地肠细胞在胸腺中被集中删除。 这种方法成功地在非人类灵长类动物和少数接受肾移植的病人中引起了耐受性。 芝加哥大学和其他中心目前正在测试同一项原则。 使用低剂量全身辐射和成本调节性封锁的治疗方法允许捐献地峡,同时将毒性降到最低。 早期结果显示,在2年多的时间里,在未保持免疫抑制的情况下,在接受地峡的病人中持续胰岛素独立。

过敏性腺细胞和抗原-特定治疗

将成本模拟阻塞(如:倍受体)与多发性腺细胞的注入相融合,可以促进调控反应。这些多发性细胞被前维沃处理,以表达低水平的多发性细胞和高水平的PD-L1. 被注入时会迁移到淋巴结,以不激活的方式呈现出捐献者抗原,将天真T细胞转化为Tregs。早期的试验已经显示出免疫调节的安全和初步证据。替代抗原特定方法使用捐献者增生细胞的同源移植,这些细胞被接受者腺细胞吸收,并诱发一种促进Treg生成的过敏性方案。

挑战和限制

尽管取得了这些令人振奋的进展,但任何单一方法都还有待于实现广泛的临床采纳,这还存在若干障碍。

长期生存

即便有目前最好的协议,中位叶草活性也只有5-7年。 功能丧失是多因素性的,包括慢性发炎、β细胞代谢耗竭以及1型糖尿病患者的自免疫性。 许多创新策略只在短期动物模型中测试,或者在人类中跟踪跟踪有限。 迫切需要可忽略性数据。 对于封装方法,长期膜的增生和预防一至二年后纤维性过度生长,仍然没有证明。

生物相容性和纤维化

封装装置,即使是由先进的聚合物所制成的装置,都能引起覆盖膜的外体反应,并覆盖有纤维组织。这种屏障在几周到几个月内扩散并使岛体饿死。用Zwitterion等防污材料来粘接装置或用防炎剂嵌入这些装置是积极的研究领域。 Macrophage耗竭策略(例如使用血浆脂素)在啮齿动物模型中已经显示出希望,但临床上尚不具有可变性。

氧气供应

岛体具有代谢活性,需要大量氧气。在肝脏中,岛体从门户循环中接收氧气,但氧气张力只有20-40毫米(Hg),低于最佳功能所需的水平。 封装装置进一步限制了氧气的传播。 创新的解决方案包括产生氧气的生物材料(如过氧化钙-嵌入式脚手架 ) , 直接再充氧口(如Beta-O2设备),以及发展自身血液供应的血管化植入地。 最近的一项研究使用了含有地块的3D打印脚架和持续放出氧气源,以维持糖尿病小鼠的常规血症6个月。

成本和可扩展性

创新中有许多依赖于昂贵的生物学、基因编辑技术或定制设备。 要使 Islet移植成为数百万患者的标准疗法,成本就必须降低。 用于有轨电车涂层、闭路电车制造和现成细胞线(如干细胞衍生出岛)的自动化微流体正在开发,以解决可扩展性问题。 最近对干细胞移植疗法(VX-880)的批准为通过工业扩张降低成本打开了大门。

肝脏的微环境

移植地点的选择仍然不够理想,门户静脉用于历史和实际原因,但使岛屿暴露在低氧、高压和由肠道衍生出内分泌的内分泌毒素下;正在评估替代地点—— 地表、皮下空间、肾囊,甚至眼皮外室—— 特别是,该肿瘤为植入装置提供了丰富的血液供应和方便的取用机会。

未来方向:协同战略的结合

成功最可能的途径是结合多种创新,而不是依赖一发一发的银弹。 例如,人们可以设想一项协议,其中:

  • 化粪细胞-衍生出异体(例如由诱导多能干细胞所生)被基因编辑来表达PD-L1,HLA-E,或CTLA4-Ig并击出HLAI级.
  • 被修改的异粒被微封装在一个抗纤维化的异构中,并有IL-10或JAK抑制剂微粒共同封装,用于局部免疫抑制.
  • 接收者接受短期成本模拟封锁(belatacept)和注入捐赠者特有的CAR-Tregs,设计到被移植者家中.
  • 移植地为出血出血出血前血管分泌出可生物降解的脚手架,在新血管化发生前4周提供氧气.

这种多层次的方法可以将免疫攻击降低到接近零,同时将非目标效果降到最低. 《糖尿病调查杂志》对复方疗法的审查 突出了一些正在进行的将封装与局部免疫混合的临床前研究.

已开发的相机单元的作用

该领域正在慢慢地从依赖地产物岛转移到干细胞技术提供的再生资源。 Vertex和ViaCyte等公司使用多能干细胞 — — 衍生出胰腺原生体或β型细胞 — — 的临床方案。 这些细胞可以在移植前进行基因工程,打开通向缺乏免疫力的普世捐赠线的大门。 对Vertex的VX-880进行人类第一试验显示了显著的早期效果,患者实现了胰岛独立。 将这种细胞与可伸缩的囊盖系统和短程免疫抑制系统相结合,可以消除两种最大的制约因素:捐赠者可用性和慢性排斥。 第二代产品VX-264使用免疫保护装置完全避免免疫抑制。

高级免疫监测

一个日益重要的领域是实时免疫监测,以检测拒绝是否会造成不可逆转的损害。 诸如捐赠者专用细胞无细胞DNA、细胞细胞在门户血液中的特征和微RNA特征等生物标志正在验证。 便携式质谱和微氟化平台可以允许患者每天自我监测,启动早期干预,如增强免疫抑制或局部投放抗炎剂等。 Natural Reviews Endrocrinology 文章提供了最新工具的概况。 使用单细胞RNA序列从草原点得到的细需要呼吸剂的新技术可以在临床变化发生几天前识别拒绝的特征。

人工智能和个人免疫抑制

正在开发机器学习算法,以预测基于捐赠者-受体HLA不匹配、遗传多态化和早期免疫监测数据的拒绝风险。 这些工具可以针对每个患者调整免疫抑制强度和持续时间,减少过度免疫抑制和相关毒性。 TITAN试验[正在评估一个AI驱动的协议,该协议根据肾脏移植接受者的实时药理数据调整了tacrolimus的剂量;类似的方法也正在被修改给受岛体接受者。

结论

减少异体细胞移植中的排斥不仅仅是一个技术目标,而这正是释放细胞治疗糖尿病的全部潜力的关键。 这里描述的创新 — — 有针对性的免疫抑制、封装、基因改变、免疫耐受感诱导和高级监测 — — 代表着免疫学、材料科学、基因编辑和数据分析的趋同。 每一种方法都解决了当前模式中的具体弱点,而结合方法提供了一条现实的道路,实现无系统性免疫抑制的无限制活体存活。 随着临床试验和临床前期的成功加速,持久、防排斥的异体移植的前景比以往更加接近。 下一个十年将决定这些创新方法是否能够从病床边转向糖尿病患者的生活。