導言：糖尿病是一組因胰島素絕對或相對分泌不足(或)胰島素利用障礙引起的碳水化合物、蛋白質、脂肪代謝紊亂性疾病，以高血糖為主要標誌。目前尚無根治糖尿病的方法，但通過多種治療手段可以控製好糖尿病，主要包括5個方麵：糖尿病患者的教育，自我監測血糖，飲食治療，運動治療和藥物治療。
糖尿病的典型臨床表現為“三多一少”，即多飲、多尿、多食和體重下降，以及血糖高、尿液中含有葡萄糖等，病程久可引起多係統損傷，導致眼、腎、神經、心髒、血管等組織器官的慢性進行性病變、功能減退及衰竭，病情嚴重或過激時可引起急性嚴重代謝紊亂。糖尿病是導致心腦血管疾病、死亡、截肢、失明、腎功能衰竭和心力衰竭的重要原因。
治療糖尿病的一個有希望的方法是移植胰島細胞，當血糖水平過低時，胰島細胞就會產生胰島素。然而，接受這種移植的患者必須服用藥物，以防止免疫係統對移植的細胞產生排斥，因此這種療法並不常用。
為了使這種療法更可行，麻省理工學院的研究人員現在已經設計出一種方法，將治療細胞封裝在一種靈活的保護裝置中，這種裝置可以防止免疫排斥，同時還允許氧氣和其他重要的營養物質進入細胞。這種細胞可以在任何有需要的時候分泌胰島素或其他蛋白質。
化學工程副教授、麻省理工學院科赫綜合癌症研究所(Koch Institute for Integrative Cancer Research)和醫學工程與科學研究所(Institute for Medical engineering and Science)成員、該研究的資深作者丹尼爾·安德森(Daniel Anderson)說，“我們的設想是建立一個活的藥廠，你可以把它植入病人體內，它可以根據病人的需要分泌藥物。我們希望這樣的技術可以用於治療許多不同的疾病，包括糖尿病。”
在一項對小鼠的研究中，研究人員發現，經過基因工程改造的人類細胞至少能存活5個月，而且他們相信，這些細胞可以持續更長時間，以實現對糖尿病或血友病等慢性疾病的長期治療。
科赫研究所的研究科學家蘇曼·博斯是這篇論文的主要作者，該論文在2020年3月31日發表在《自然生物醫學工程》雜誌上。
保護作用
1型糖尿病患者通常每天要注射幾次胰島素，以保持他們的血糖水平在一個健康的範圍內。自1999年以來，一小部分糖尿病患者接受了胰島細胞移植，這些胰島細胞可以替代失去功能的胰腺。雖然治療通常是有效的，但這些患者必須服用的免疫抑製劑藥物使他們易受感染，並可能產生其他嚴重的副作用。
幾年來，安德森的實驗室一直在研究保護移植細胞不受宿主免疫係統影響的方法，這樣就不需要使用免疫抑製劑了。
安德森說:“我們希望能夠將細胞植入能夠分泌胰島素等治療因子的病人體內，但又能防止它們被身體排斥。”“如果你能製造一種不需要免疫抑製就能保護這些細胞的設備，你就能真正幫助很多人。”
為了保護移植的細胞免受免疫係統的傷害，研究人員將它們安置在一個由矽基彈性體(聚二甲基矽氧烷)和一種特殊多孔膜構成的裝置中。博斯說:“它幾乎和組織一樣堅硬，你把它做得足夠薄，這樣它就能包裹住器官。”
然後他們在設備的外表麵塗上一種叫做THPT的小分子藥物。在之前的一項研究中，當免疫係統攻擊外來物，研究人員發現這種分子可以幫助防止纖維化，即疤痕組織的形成。該設備包含一個多孔膜，允許移植的細胞從血液中獲取營養和氧氣。這些氣孔必須足夠大，使營養物質和胰島素得以通過，但又必須足夠小，使T細胞等免疫細胞無法進入並攻擊被移植的細胞。
在這項研究中，研究人員測試了直徑從400納米到3微米的聚合物塗層，發現800納米到1微米的尺寸範圍是最理想的。在這種大小下，小分子和氧氣可以通過，但T細胞不能。到目前為止，人們一直認為1微米的氣孔太大，無法阻止細胞的排斥反應。
對藥物的需求
在一項對糖尿病小鼠的研究中，研究人員發現，這項技術可以在小鼠體內維持健康血糖水平超過10周。另外，研究人員還對人類胚胎腎細胞進行了測試，這些細胞被改造成擁有產生促紅細胞生成素(EPO)的能力。據悉，這種激素能夠促進紅細胞生成素的產生。這些封裝的細胞在被移植到小鼠體內後存活了19周以上，從而使得整個紅細胞計數得到增長。
此外研究小組還發現，被包裹的細胞可能被某些特定的藥物觸發從而產生某些蛋白質。在一項實驗中，科學家們讓老鼠服用強力黴素後細胞才開始產生促紅細胞生成素，這表明該技術可以作為一種“活藥廠”，按需提供所需的激素和蛋白質。
研究人員說，這種“活藥廠”可以用於治療任何需要經常服用蛋白質或激素的慢性疾病。他們目前正專注於糖尿病，並致力於延長移植胰島細胞的壽命。
“這是我們團隊在過去4年多的時間裏發表的第8篇自然雜誌論文，闡明了植入物生物相容性的關鍵基礎方麵。我們希望並相信，這些發現將在未來幾年為治療糖尿病和許多其他疾病帶來新的超級生物相容性植入物，”麻省理工學院戴維·h·科赫研究所(David H. Koch Institute)教授、論文作者之一羅伯特·蘭格(Robert Langer)說。
