在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和中國(guó)華東師范大學(xué)等機(jī)構(gòu)的研究人員利用一種簡(jiǎn)單明了的工程學(xué)方法制造出人工β細(xì)胞。
這些人工β細(xì)胞能夠做天然的β細(xì)胞做的任何事情：它們測(cè)量血液中的葡萄糖濃度，產(chǎn)生足夠的胰島素來(lái)有效地降低血糖水平。相關(guān)研究結(jié)果發(fā)表在2016年12月9日那期Science期刊上，論文標(biāo)題為“β-cell–mimetic designer cells provide closed-loop glycemic control”。
之前的方法都是基于干細(xì)胞開展的：科學(xué)家們通過加入生長(zhǎng)因子或整入復(fù)雜的基因網(wǎng)絡(luò)允許它們分化為β細(xì)胞。
對(duì)HEK細(xì)胞進(jìn)行少量重編程
對(duì)研究人員的新方法而言，他們使用一種基于人腎細(xì)胞的細(xì)胞系，即HEK細(xì)胞。他們使用了HEK細(xì)胞膜中天然的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白和鉀離子通道。他們利用一種電壓依賴性鈣離子通道、一種產(chǎn)生胰島素或GLP-1的基因提高它們的功能，其中GLP-1是一種參與血糖水平調(diào)節(jié)的激素。
電壓開關(guān)導(dǎo)致胰島素產(chǎn)生
在這些人工β細(xì)胞中，HEK細(xì)胞的天然葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白攜帶來(lái)自血液中的葡萄糖到細(xì)胞內(nèi)部。當(dāng)血糖水平超過某個(gè)閾值時(shí)，鉀離子通道關(guān)閉。這會(huì)顛倒細(xì)胞膜上的電壓分布，導(dǎo)致鈣離子通道打開。隨著鈣離子流進(jìn)，它觸發(fā)HEK細(xì)胞內(nèi)在的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)級(jí)聯(lián)事件，導(dǎo)致胰島素或GLP-1的產(chǎn)生和分泌。
在糖尿病模式小鼠體內(nèi)對(duì)這些人工β細(xì)胞的初步測(cè)試揭示出這些細(xì)胞是非常有效的：論文共同通信作者、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物系統(tǒng)科學(xué)與工程系Martin Fussenegger教授說(shuō)，“它們要比迄今為止世界上任何地方獲得的任何方法更長(zhǎng)時(shí)間地更好地發(fā)揮功能。”當(dāng)植入到糖尿病模式小鼠體內(nèi)時(shí)，這些經(jīng)過修飾的HEK細(xì)胞在三周內(nèi)可靠地發(fā)揮作用，產(chǎn)生足夠數(shù)量的調(diào)節(jié)血糖水平的胰島素或GLP-1。
有益的建模
在開發(fā)這些人工β細(xì)胞中，研究人員使用了蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物系統(tǒng)科學(xué)與工程系教授Jörg Sling實(shí)驗(yàn)室構(gòu)建的一種計(jì)算機(jī)模型。這種模型允許對(duì)細(xì)胞行為進(jìn)行預(yù)測(cè)，其中這些細(xì)胞行為能夠通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。Fussenegger說(shuō)，“來(lái)自這些實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)和利用這種模型計(jì)算出的數(shù)值幾乎是相同的。”
Fussenegger和他的團(tuán)隊(duì)*以來(lái)努力為糖尿病治療提供基于生物技術(shù)的解決方案。幾個(gè)月之前，他們利用來(lái)自個(gè)人脂肪組織的干細(xì)胞制造出β細(xì)胞。然而，這種技術(shù)是昂貴的，這是因?yàn)?beta;細(xì)胞不得不為每名病人單獨(dú)地制造。這種新的方法更加廉價(jià)，這是因?yàn)檫@種系統(tǒng)適合于所有的糖尿病病人。
投入市場(chǎng)仍有很長(zhǎng)的路要走
不過，人們?nèi)晕创_定這些人工β細(xì)胞何時(shí)會(huì)投入市場(chǎng)。在它們能夠用于人體中之前，它們首先不得不經(jīng)歷多次臨床試驗(yàn)。這種類型的臨床試驗(yàn)是昂貴的，而且經(jīng)常會(huì)持續(xù)好幾年。Fussenegger估計(jì)道，“如果我們的人工β細(xì)胞清除了所有的這些障礙，那么它們可能能夠在10年內(nèi)投入市場(chǎng)。”（生物谷 Bioon.com）
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