趙思媛 馬晉平/編譯

糖尿?。喊b問(wèn)題

趙思媛 馬晉平/編譯

糖聚合物球體被設(shè)計(jì)用于包裝工程細(xì)胞

● 當(dāng)免疫系統(tǒng)沒有阻礙的時(shí)候，細(xì)胞療法可以治愈Ⅰ型糖尿病。

道格拉斯·梅爾頓（Douglas Melton）給了自己一段簡(jiǎn)短的慶祝時(shí)間。經(jīng)過(guò)23年的努力，他終于成功地在實(shí)驗(yàn)室里培養(yǎng)出替代性胰島細(xì)胞或細(xì)胞簇，這正是在Ⅰ型糖尿病中被摧毀的胰腺組織。梅爾頓的兩個(gè)孩子就患有這種自身免疫性疾病——Ⅰ型糖尿病。梅爾頓是馬薩諸塞州坎布里奇市哈佛干細(xì)胞研究所主任，他將胚胎干細(xì)胞轉(zhuǎn)化成了胰島中專有的能感受葡萄糖和分泌胰島素并以此控制血糖的β細(xì)胞。

這一研究的影響是巨大的，它可以源源不斷地提供β細(xì)胞，對(duì)于Ⅰ型糖尿病患者意味著他們將不再需要從已故的供體那里獲得胰島來(lái)移植。由于捐獻(xiàn)器官量的不足，這種方法每年僅可以幫助幾百個(gè)病人獲得治療。仍有數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的Ⅰ糖尿病的成人和兒童患者面臨每天不斷地監(jiān)控血糖水平并每天給自己注射胰島素的困境。

在實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的一次聚會(huì)上，梅爾頓給團(tuán)隊(duì)成員每人送了一頂印有他簽名的藍(lán)色帽子，帽子上顯示了從干細(xì)胞到β細(xì)胞的發(fā)展進(jìn)程。梅爾頓因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)室成功培養(yǎng)出數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的β細(xì)胞獲得了2016年小川-山中干細(xì)胞獎(jiǎng)。但是現(xiàn)在，梅爾頓又面臨一個(gè)新的挑戰(zhàn)：如何保護(hù)移植細(xì)胞免受機(jī)體的自身免疫攻擊。“突然出現(xiàn)了很大的問(wèn)題，”梅爾頓說(shuō)，“這還是一個(gè)很重要的問(wèn)題。”

為了預(yù)防免疫排斥——因?yàn)閷?shí)驗(yàn)細(xì)胞是從不相關(guān)的供體而來(lái)，再加上受體胰島直接的自身免疫，患者需要終身服用免疫抑制藥物。但這些藥物有嚴(yán)重的副作用，包括增加感染和患癌癥的風(fēng)險(xiǎn)。梅爾頓想要避免使用這些藥物，意味著他需要某種設(shè)備或材料，可以為實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的或供體的β細(xì)胞植入時(shí)免于免疫系統(tǒng)的排異，同時(shí)允許營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如葡萄糖、胰島素和氧氣在這些細(xì)胞里進(jìn)出自如。

“理想的是能夠建立某種免疫隔離裝置，能使人們利用細(xì)胞的益處，而無(wú)須抑制他們的免疫系統(tǒng)?！泵窢栴D的一個(gè)合作者、麻省理工學(xué)院生物工程師丹尼爾·安德森（Daniel Anderson）解釋說(shuō)。

這個(gè)問(wèn)題已經(jīng)困擾研究者、企業(yè)家和大型制藥公司40多年。多虧了新技術(shù)從頭開始制造出β細(xì)胞，現(xiàn)在能夠開發(fā)出一致性高和可靠的細(xì)胞來(lái)源。這意味著可以有條不紊地開展不同細(xì)胞包裝系統(tǒng)的比較研究，明顯優(yōu)于之前的傳統(tǒng)方法。正如梅爾頓所說(shuō)，一致性高和穩(wěn)定可靠的細(xì)胞來(lái)源有助于細(xì)胞保護(hù)技術(shù)和設(shè)備的研究。

一些公司開始行動(dòng)。位于加利福尼亞州圣地亞哥的再生醫(yī)學(xué)巨頭 Viacyte公司將成千上萬(wàn)的 β細(xì)胞裝載到和人的手掌一樣大的大型包裝設(shè)備中；處在起步階段的位于馬薩諸塞州坎布里奇的Sigilon公司，將單獨(dú)成束的β細(xì)胞打包放進(jìn)比一粒芥菜種還小的殼里。這兩種策略前景可期。朱莉亞·格林斯坦（Julia Greenstein）說(shuō)，“我們正處在一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，我們已經(jīng)看到了比以前更多的解決這個(gè)問(wèn)題的方法?！彼羌~約一個(gè)非營(yíng)利機(jī)構(gòu)青少年糖尿病研究基金會(huì)（JDRF）的研發(fā)副總裁。

道格拉斯·梅爾頓(后)，哈佛干細(xì)胞研究所主任，他已經(jīng)找到了一種好的處理β細(xì)胞的方法

隱身模式

多年來(lái)，最受歡迎的用于移植β細(xì)胞的載體是被稱為海藻酸的海藻萃取液，已在嚙齒動(dòng)物、狗、猴子，甚至人類試驗(yàn)的臨床研究測(cè)試過(guò)。人體試驗(yàn)表明，該材料是安全的，即使在那些沒有服用免疫抑制劑藥物的人群中。但治療的益處仍然模棱兩可，因?yàn)樵谥踩氲臄?shù)周內(nèi)，海藻酸通常會(huì)開始吸引免疫細(xì)胞如巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞聚集。這導(dǎo)致了堵塞載體囊的纖維疤痕組織的沉積，抑制了包裝內(nèi)部的β細(xì)胞。

這種類型的免疫反應(yīng)不同于最初的摧毀了病人β細(xì)胞的反應(yīng)，但是它對(duì)這種治療方法的前景也同樣有殺傷力。安德森和他麻省理工學(xué)院的同事羅伯特·蘭格（Robert Langer）在尋找可以逃避免疫的海藻酸的衍生物，研究人員在小鼠體內(nèi)系統(tǒng)地篩選接近800個(gè)海藻酸的化學(xué)分支。他們發(fā)現(xiàn)一個(gè)品種——三唑-硫代嗎啉海藻酸二氧化物——似乎完全被免疫系統(tǒng)所忽視。

這種大分子海藻酸的微球體在獼猴體內(nèi)幸存了6個(gè)月。當(dāng)負(fù)載上梅爾頓團(tuán)隊(duì)的β細(xì)胞，載體囊可以在Ⅰ型糖尿病老鼠模型體內(nèi)恢復(fù)到特有的血糖水平，并且沒有免疫反應(yīng)的跡象。“我們第一次證明了這種材料植入人體無(wú)纖維變性。”麻省理工學(xué)院從事該項(xiàng)生物材料研究的博士后奧米德·韋瑟（Omid Veiseh）說(shuō)，“之前從沒有發(fā)生過(guò)這樣的事情。”

韋瑟將于2017年在德克薩斯州休斯敦萊斯大學(xué)建立自己的實(shí)驗(yàn)室。但在那之前，他仍在坎布里奇幫助Sigilon公司。這個(gè)研究以西班牙語(yǔ)單詞“秘密”命名，Sigilon公司斥資3 750萬(wàn)美元用于將這些新海藻酸商業(yè)化。其中包括兩個(gè)潛在治療Ⅰ型糖尿病的方法。一個(gè)是微型包裝細(xì)胞療法。到2018年，Sigilon公司打算向人們展示，該技術(shù)在接受供體胰島的人群中是可行的，并測(cè)試包裹在藻酸鹽里的β細(xì)胞的生物效果。第二種方法是使用材料覆蓋部分胰腺仿生系統(tǒng)然后再進(jìn)入人體。2016年9月，美國(guó)食品藥品管理局批準(zhǔn)了第一個(gè)人造胰腺系統(tǒng)，該設(shè)備可以在病人血糖高時(shí)自動(dòng)供給胰島素，又能當(dāng)血糖水平開始下降時(shí)自動(dòng)關(guān)閉胰島素輸送，幾乎不需要病人的干預(yù)。這個(gè)人造胰腺系統(tǒng)是總部設(shè)在都柏林的醫(yī)療設(shè)備公司美敦力開發(fā)的 MiniMed 670G——該裝置結(jié)合了兩種設(shè)備：一個(gè)監(jiān)控血糖水平，另一個(gè)注入胰島素并且可以自動(dòng)調(diào)控胰島素輸送。

“不管怎樣，”Sigilon總裁兼首席執(zhí)行官保羅·沃頓（Paul Wotton）說(shuō)，“Ⅰ型糖尿病患者將受益于這一平臺(tái)?！?/p>

Semma療法

在微型包裝領(lǐng)域，規(guī)模很重要。超級(jí)海藻酸仍在測(cè)試中，麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)使用直徑1.5毫米的載體囊，它被證實(shí)免疫原性遠(yuǎn)低于糖尿病細(xì)胞療法領(lǐng)域的研究人員常規(guī)使用的0.5毫米的載體囊。但直徑增加3倍意味著每個(gè)載體囊增加了近30倍的體積。控制一個(gè)人的糖尿病需要大量的含有數(shù)億β細(xì)胞載體囊，而身體內(nèi)只有很少的地方可以移植。

載體囊可能不會(huì)適用于皮下或其他可收回的位置，為了安全起見，任何植入糖尿病患者的干細(xì)胞來(lái)源療法應(yīng)該完全可收回。佛羅里達(dá)州邁阿密大學(xué)生物工程師愛麗絲·托梅（Alice Tomei）開發(fā)了她所說(shuō)的“縮微技術(shù)”（shrink-wrapping technology），它使用微流體技術(shù)將薄的生物相容的涂層披覆細(xì)胞簇，產(chǎn)生盡可能最小的載體囊——橫徑只有0.2毫米。她選擇的材料是聚乙二醇，可能比Sigilon公司的超級(jí)海藻酸造成更多的免疫反應(yīng)，但托梅認(rèn)為她的“縮微技術(shù)”可以將細(xì)胞包裝得足夠小，更容易植入體內(nèi)。

托梅使用梅爾頓團(tuán)隊(duì)的β細(xì)胞評(píng)估她的技術(shù)，在馬薩諸塞州坎布里奇合作啟動(dòng)Semma療法。梅爾頓與生物技術(shù)投資者和企業(yè)家羅伯特·米爾曼（Robert Millman）在2015年推出Semma（米爾曼妻子起的名字來(lái)自Sam和Emma，梅爾頓兩個(gè)患糖尿病孩子的名字）。盡管Semma之前已經(jīng)收購(gòu)了藥物輸送技術(shù)公司Cytosolv，有自己的封裝技術(shù)，但也在尋找像托梅這樣的合作伙伴與干細(xì)胞公司一起測(cè)試一系列封裝系統(tǒng)?！叭魏斡性O(shè)備的人，我們都能與他們合作，”Semma首席執(zhí)行官米爾曼說(shuō)，因?yàn)榧词棺詈玫募?xì)胞，如果我們沒有正確的設(shè)備還是會(huì)失敗?！?/p>

Semma的另一位合作者是位于以色列羅斯艾因城Beta-O2技術(shù)公司，它十多年來(lái)一直致力于Ⅰ型糖尿病包裝細(xì)胞治療。顧名思義，Beta-O2創(chuàng)新了植入細(xì)胞的輸送氧氣方式——一個(gè)對(duì)于大型包裝設(shè)備尤為嚴(yán)重的問(wèn)題，比起載體囊技術(shù)來(lái)說(shuō)，血供攜氧問(wèn)題對(duì)于急需能量的β細(xì)胞是一個(gè)更大的障礙。

公司最初的產(chǎn)品原型是將一個(gè)冰球大小的腔室植入皮下，需要每天注射氧氣。Beta-O2公司在德國(guó)和瑞典通過(guò)加載供體胰島并將這種設(shè)備移植在5個(gè)病人中來(lái)測(cè)試它。結(jié)果是令人鼓舞的：細(xì)胞能健康存活好幾個(gè)月。Beta-O2公司正在研究其第二代設(shè)備，根據(jù)公司首席執(zhí)行官尤瓦爾·阿佛尼(Yuval Avni)的說(shuō)法，能夠使得更多的細(xì)胞一周只需要注射一次氧氣。但該公司需要一個(gè)更可靠的細(xì)胞來(lái)源，阿佛尼對(duì)梅爾頓的細(xì)胞寄予厚望。

應(yīng)用到臨床

梅爾頓最初制造β細(xì)胞的方法很煩瑣。需要35天內(nèi)仔細(xì)更換5種不同的培養(yǎng)基，這5種培養(yǎng)基分別混合11種不同的成分，包括糖類和蛋白質(zhì)。梅爾頓實(shí)驗(yàn)室的前博士后菲利希亞·帕柳卡（Felicia Pagliuca）現(xiàn)在領(lǐng)導(dǎo)著Semma細(xì)胞生物學(xué)研究和發(fā)展，她和她的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)大大簡(jiǎn)化了方案。目的是希望盡早進(jìn)入臨床試驗(yàn)，他們的一個(gè)包裝設(shè)備已經(jīng)開發(fā)出來(lái)。

這個(gè)制造β細(xì)胞的計(jì)劃是從那些需要胰島素的人中創(chuàng)造誘導(dǎo)多能干細(xì)胞，他們的身體不攻擊自己的細(xì)胞。因?yàn)檫@樣就沒有組織不匹配或造成自身免疫反應(yīng)，所以這些細(xì)胞不使用任何免疫抑制藥物或屏障的技術(shù)就可以植入到患者體內(nèi)。

Semma公司致力于三個(gè)患者群體:一個(gè)叫作消瘦型糖尿病的Ⅱ型糖尿病患者，病人體內(nèi)的β細(xì)胞停止工作了；另一個(gè)是因慢性炎癥等問(wèn)題行外科手術(shù)切除胰腺病史的；還有一個(gè)是胰島素依賴型的囊性纖維化患者。公司希望3到4年內(nèi)在其中一個(gè)群體中測(cè)試他們的細(xì)胞數(shù)量，晚些時(shí)候再用包裝設(shè)備對(duì)Ⅰ型糖尿病人進(jìn)行試驗(yàn)。

但這意味著Semma可能與對(duì)手ViaCyte進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)。早些時(shí)候，ViaCyte公司收購(gòu)了它主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手之一強(qiáng)生公司的BetaLogics部門，同時(shí)也宣布了第一個(gè)在Ⅰ型糖尿病患者中使用干細(xì)胞來(lái)源的β細(xì)胞包裝產(chǎn)品的人類試驗(yàn)的初步數(shù)據(jù)。

ViaCyte公司的PEC-EnCap設(shè)備是膏藥大小的半透袋，其中包含成千上萬(wàn)的來(lái)自于胚胎干細(xì)胞的胰腺前體細(xì)胞。公司使用前體細(xì)胞，而不是完全成熟的 β細(xì)胞，因?yàn)檫@些細(xì)胞當(dāng)包裝還沒有完全整合入血液系統(tǒng)中時(shí)更能耐受低氧條件下的植入。過(guò)去兩年，ViaCyte公司在大約20名沒有免疫抑制的患者皮下植入該設(shè)備。在許多受者中，胰腺前體細(xì)胞已成長(zhǎng)為生產(chǎn)胰島素的β細(xì)胞——盡管這些細(xì)胞在幾個(gè)月后由于設(shè)備外纖維化的免疫反應(yīng)而凋亡。

“這是一個(gè)可行性的證明，這可以實(shí)現(xiàn)，但是我們?nèi)匀挥泻芏喙ぷ饕觯盫iaCyte公司的首席執(zhí)行官保羅·萊科寧（Paul Laikind）說(shuō)，“現(xiàn)在的目標(biāo)是推遲細(xì)胞灌輸?shù)漠愇锓磻?yīng)時(shí)間?！盫iaCyte公司希望通過(guò)修改包裝設(shè)備或其他方面的治療方案，在進(jìn)入使用完整治療劑量的產(chǎn)品試驗(yàn)階段之前來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)。

到那時(shí)，或許梅爾頓的β細(xì)胞也可以在Ⅰ型糖尿病患者中測(cè)試。梅爾頓相信，有了正確的輸送系統(tǒng)，這些細(xì)胞可以治愈他孩子的病?！八鼘?duì)我是有意義的，”梅爾頓說(shuō)，“如果能制造出一個(gè)人身體里已經(jīng)消失的細(xì)胞，我們應(yīng)該能夠找到一個(gè)方法把這樣的細(xì)胞送回人體?！?/p>

[資料來(lái)源：Nature][責(zé)任編輯：彥 隱]