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人造胰島β細胞研究取得重大突破丨BioArt亮點推薦

摘要:目前,對糖尿病的治療方法主要為口服降血糖藥物或注射胰島素,但是這種治療方法需要反復檢測血糖值和口服降血糖藥物及注射胰島素,給患者的生活帶來了極大的不便。

  BioArt按:12月9日,Science發(fā)表了一篇來自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學(ETHZürich)合成生物學大師MartinFussenegger教授實驗室的一項關于人造胰島細胞治療糖尿病的突破性研究,該項技術有望在未來給糖尿病患者帶來福音。

  論文詳解:

  隨著人類生活水平及生活習慣的改變,糖尿病日益成為了嚴重危險人類健康的慢性疾病。據(jù)國際糖尿病聯(lián)合會(TheInternationalDiabetesFederation)的估計,到2040年,全球糖尿病患者將會超過6.4億人。目前,對糖尿病的治療方法主要為口服降血糖藥物注射胰島素,但是這種治療方法需要反復檢測血糖值和口服降血糖藥物及注射胰島素,給患者的生活帶來了極大的不便。來自于瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學和華東師范大學的研究者們?nèi)斯ぴO計、合成了一種可以取代胰島β細胞的人造細胞(HEK-β),用來解決這一難題。

  領導這一研究的為瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工大學生物系統(tǒng)工程學院的MartinFussenegger教授。他們利用人類的腎臟細胞(HEK-293細胞),利用最簡單、最直接的方法設計獲得了具有正常β細胞功能的人工HEK-β細胞。這個細胞可以直接感受血液中葡萄糖,當血糖濃度超過一定閾值后,其可以分泌足夠的胰島素用來降血糖。目前,他們的研究成果發(fā)表在了國際頂級雜志Science上。

  他們利用存在于HEK細胞膜上自然存在的葡萄糖轉運蛋白和鉀離子通道,并且結合電壓門控的鈣離子通道用來產(chǎn)生人工設計的胰島素或胰高血糖素樣肽(GLP-1),從而達到血糖調(diào)節(jié)的目的,其主要機制如下:存在于人工HEK-β細胞膜上的葡萄糖轉運蛋白可以將血液中的葡萄糖轉運到細胞內(nèi);當血液中的葡萄糖濃度達到一定閾值后,使得存在于人工HEK-β細胞膜上的鉀離子通道關閉,引起人工HEK-β細胞膜膜電位發(fā)生改變而引起鈣離子通道打開。由于鈣離子的內(nèi)流,觸發(fā)細胞內(nèi)的聯(lián)級反應,使得人工HEK-β細胞分泌胰島素或胰高血糖素樣肽(GLP-1),從而達到調(diào)控血糖的功能。

  圖1:HEK-β細胞示意圖:細胞外的葡萄糖觸發(fā)了依賴于糖酵解途徑的膜電位去極化,激活了電壓門控的鈣離子通道,引起大量鈣離子內(nèi)流,引發(fā)胞內(nèi)鈣離子信號通路的聯(lián)級反應,從而調(diào)節(jié)PNAFT表達胰島素的分泌。

  之后,研究者們將人工HEK-β細胞移植到糖尿病模型鼠中,其展現(xiàn)出了極好的功效,移植的人工HEK-β細胞在糖尿病小鼠體內(nèi)穩(wěn)定地工作了3周,產(chǎn)生了足夠的胰島素用來維持小鼠血糖的穩(wěn)定。該部分研究工作主要是由來自中國華東師范大學的葉海峰研究員負責完成。MartinFussenegger教授說:“他們的治療效果比目前世界上任何一種治療糖尿病的方法都好以及作用時間更長”。

  圖2:人工HEK-β細胞移植到1型糖尿病模型鼠中的實驗結果。

  這種新型治療糖尿病的技術或許不久的將來會運用到臨床治療上,但是在此之前,他們將花費至少幾年的時間來接受不同的臨床實驗來驗證其效果和安全性。研究者認為:這種人工設計的HEK-β細胞在制備方法上非常簡便,其功能效果也非常穩(wěn)定,細胞的冷凍復蘇都不會影響其生物學功能,為以后糖尿病臨床治療的應用奠定了堅實基礎。

 

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