糖尿病患者的胰岛素生产植入物

研究生麦迪逊·罗伊斯演示了一种通过3d打印水凝胶检测血液流动的实验室装置，这种水凝胶可以转化为活组织。

来源:Jeff Fitlow/莱斯大学

这个为期三年的项目是Omid Veiseh和Jordan Miller实验室的合作项目得到了JDRF的资助，JDRF是全球领先的糖尿病研究。Veiseh和Miller会用到胰岛素-产生由人类干细胞制成的β细胞，以创造一种感知和调节血液的植入物葡萄糖通过在给定的时间给予正确的胰岛素量来提高胰岛素水平。

Veiseh是一名生物工程助理教授，他花了十多年的时间来开发生物材料保护植入细胞疗法免受免疫系统的伤害。米勒教授说生物工程他花了超过15年的时间研究各种技术3 d打印具有脉管系统或血管网的组织。Veiseh说:“如果我们真的想要重现胰腺的正常功能，我们需要血管系统。”“这就是JDRF获得赠款的目的。胰腺天生就有这些血管，细胞在胰腺中以特定的方式组织。乔丹和我想以自然中存在的相同方向印刷。”

1型糖尿病是一种自身免疫性疾病，会导致胰腺停止产生胰岛素，控制血糖水平的激素。大约有160万美国人患有1型糖尿病，每天有100多例确诊病例。1型糖尿病可以通过注射胰岛素来治疗。但是平衡胰岛素摄入与饮食、运动和其他活动是很困难的。研究估计，在美国只有不到三分之一的1型糖尿病患者能够持续达到目标血糖水平。

为了3D打印可转化为活组织的带血管的水凝胶，莱斯大学的生物工程师使用了一种无毒的液体聚合物(左上)，这种聚合物通过蓝光一次固化一层(上中)。黄色食用色素吸收光线，为血液流动创造通道。博士后研究员Kristen Means(右上)展示了一个打印的水凝胶，它被固定在一个塑料外壳中(右下和中间)，用于研究生Madison Royse(左下)使用液体染料进行血流演示。

来源:Jeff Fitlow/莱斯大学

Veiseh和Miller的目标是证明他们的植入物可以在至少六个月的时间里正确地调节糖尿病小鼠的血糖水平。要做到这一点，他们需要让他们改造的β细胞能够对血糖水平的快速变化做出反应。米勒说:“我们必须把细胞移植到离血液很近的地方，这样β细胞才能感知并对血糖的变化做出快速反应。”

理想情况下，产生胰岛素的细胞距离血管不超过100微米，他说。“我们通过先进的3D生物打印和宿主介导的血管重塑结合使用预血管化技术植入物关于主机整合的几次尝试，”米勒说。

产生胰岛素的细胞会受到保护水凝胶Veiseh开发的配方，他也是德州癌症预防和研究研究所的学者。这种水凝胶材料已被证明可以有效地将细胞治疗包裹在珠子大小的球体中，它的孔隙足够小，可以防止内部细胞受到免疫系统的攻击，但又足够大，可以让营养物质和赋予生命的胰岛素通过。

Veiseh在谈到水凝胶室时说:“血管可以进入其中。”“与此同时，我们有涂层，我们的小分子可以防止身体排斥凝胶。所以它应该和身体很协调。”

如果植入物对高血糖或低血糖的反应太慢，这种延迟会产生过山车般的效果，胰岛素水平反复上升和下降到危险水平。

Veiseh说:“解决这种延迟是这个领域的一个巨大问题。”“当你给老鼠——最终给人类——模拟吃饭的葡萄糖挑战时，信息需要多长时间到达我们的细胞，胰岛素产生的速度有多快?”

通过在植入物中加入血管，他和米勒希望能使细胞组织的行为更接近于胰腺的自然行为。