在一項新的研究中，來(lái)自瑞士蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院和中國華東師范大學(xué)等機構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細胞。

　　這些人工β細胞能夠做天然的β細胞做的任何事情：它們測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)研究結果發(fā)表在2016年12月9日那期Science期刊上，論文標題為“β-cell–mimeticdesignercellsprovideclosed-loopglycemiccontrol”。

　　之前的方法都是基于干細胞開(kāi)展的：科學(xué)家們通過(guò)加入生長(cháng)因子或整入復雜的基因網(wǎng)絡(luò )允許它們分化為β細胞。

　　對HEK細胞進(jìn)行少量重編程

　　對研究人員的新方法而言，他們使用一種基于人腎細胞的細胞系，即HEK細胞。他們使用了HEK細胞膜中天然的葡萄糖轉運蛋白和鉀離子通道。他們利用一種電壓依賴(lài)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節的激素。

　　電壓開(kāi)關(guān)導致胰島素產(chǎn)生

　　在這些人工β細胞中，HEK細胞的天然葡萄糖轉運蛋白攜帶來(lái)自血液中的葡萄糖到細胞內部。當血糖水平超過(guò)某個(gè)閾值時(shí)，鉀離子通道關(guān)閉。這會(huì )顛倒細胞膜上的電壓分布，導致鈣離子通道打開(kāi)。隨著(zhù)鈣離子流進(jìn)，它觸發(fā)HEK細胞內在的信號轉導級聯(lián)事件，導致胰島素或GLP-1的產(chǎn)生和分泌。

　　在糖尿病模式小鼠體內對這些人工β細胞的初步測試揭示出這些細胞是非常有效的：論文共同通信作者、蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物系統科學(xué)與工程系MartinFussenegger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(cháng)時(shí)間地更好地發(fā)揮功能。”當植入到糖尿病模式小鼠體內時(shí)，這些經(jīng)過(guò)修飾的HEK細胞在三周內可靠地發(fā)揮作用，產(chǎn)生足夠數量的調節血糖水平的胰島素或GLP-1。

　　有益的建模

　　在開(kāi)發(fā)這些人工β細胞中，研究人員使用了蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物系統科學(xué)與工程系教授J?rgStelling實(shí)驗室構建的一種計算機模型。這種模型允許對細胞行為進(jìn)行預測，其中這些細胞行為能夠通過(guò)實(shí)驗加以驗證。Fussenegger說(shuō)，“來(lái)自這些實(shí)驗的數據和利用這種模型計算出的數值幾乎是相同的。”

　　Fussenegger和他的團隊長(cháng)期以來(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)人脂肪組織的干細胞制造出β細胞。然而，這種技術(shù)是昂貴的，這是因為β細胞不得不為每名病人單獨地制造。這種新的方法更加廉價(jià)，這是因為這種系統適合于所有的糖尿病病人。

　　投入市場(chǎng)仍有很長(cháng)的路要走

　　不過(guò)，人們仍未確定這些人工β細胞何時(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。這種類(lèi)型的臨床試驗是昂貴的，而且經(jīng)常會(huì )持續好幾年。Fussenegger估計道，“如果我們的人工β細胞清除了所有的這些障礙，那么它們可能能夠在10年內投入市場(chǎng)。”