将胰岛素释放到体内的可植入装置有望成为一种无需注射胰岛素或插入套管即可治疗糖尿病的替代方法。然而，迄今为止阻止它们使用的一个障碍是免疫系统在植入后攻击它们，形成一层厚厚的疤痕组织，阻止胰岛素释放。
这种被称为异物反应的现象也会干扰许多其他类型的植入式医疗设备。然而，麻省理工学院的一个工程师和合作者团队现在设计了一种方法来克服这种反应。在对老鼠的一项研究中，他们表明，当他们将机械驱动器结合到一个软机器人设备中时，该设备的功能保持时间比典型的药物输送植入物长得多。
研究人员发现，该设备每 12 小时反复充气和放气 5 分钟，这种机械偏转可防止免疫细胞在设备周围积聚。
Latham 家庭职业发展助理 Ellen Roche 说：“我们正在使用这种类型的运动来延长这些可以输送胰岛素等药物的植入式储存器的寿命和功效，我们认为这个平台可以扩展到此应用之外。”机械工程教授，麻省理工学院医学工程与科学研究所成员。
在其他可能的应用中，研究人员现在计划看看他们是否可以使用该设备来提供胰岛细胞，这些细胞可以充当“生物人工胰腺”来帮助治疗糖尿病。
罗氏是该研究的共同资深作者，艾米尔·多兰 (Eimear Dolan) 是她实验室的前博士后，现在是爱尔兰国立大学戈尔韦分校的教员。Garry Duffy 也是 NUI Galway 的教授，是这项工作的主要合作者，该工作发表在Nature Communications上。麻省理工学院博士后 William Whyte 和 Debkalpa Goswami 以及访问学者 Sophie Wang 是该论文的主要作者。
调节免疫细胞
大多数 1 型糖尿病患者和一些 2 型糖尿病患者必须每天给自己注射胰岛素。一些患者使用附着在皮肤上的可穿戴胰岛素泵，并通过插入皮下的管子输送胰岛素，或者使用无需管子即可输送胰岛素的贴片。
多年来，科学家们一直在研究可以植入皮下的胰岛素输送装置。然而，在此类设备周围形成的纤维囊可能会在数周或数月内导致设备故障。
研究人员已经尝试了许多方法来防止这种疤痕组织的形成，包括局部使用免疫抑制剂。麻省理工学院的团队采用了一种不需要任何药物的不同方法——相反，他们的植入物包括一个可以充气和放气的机械驱动的软机器人设备。在2019 年的一项研究中，罗氏和她的同事(以多兰为第一作者)表明，这种振荡可以调节附近免疫细胞对植入装置的反应。
在这项新研究中，研究人员想看看这种免疫调节作用是否有助于改善药物输送。他们建造了一个由聚氨酯制成的两室装置，聚氨酯是一种与组织周围的细胞外基质具有相似弹性的塑料。其中一个腔室用作药物储存器，另一个腔室用作柔软的可充气致动器。使用外部控制器，研究人员可以刺激执行器按特定时间表充气和放气。在这项研究中，他们每 12 小时执行一次驱动，每次执行 5 分钟。
这种机械驱动驱走称为中性粒细胞的免疫细胞，这些细胞启动导致疤痕组织形成的过程。当研究人员将这些装置植入小鼠体内时，他们发现疤痕组织在这些装置周围形成所需的时间要长得多。疤痕组织最终确实形成了，但它的结构不同寻常：与围绕静态装置的缠结的胶原纤维不同，驱动装置周围的胶原纤维更加高度对齐，研究人员认为这可能有助于药物分子通过组织。
“短期内，我们看到组织中装置周围的中性粒细胞较少，然后长期来看，我们看到胶原蛋白结构存在差异，这可能与我们在整个 8-周时间段，”王说。
持续给药
为了证明这种装置的潜在用途，研究人员表明它可用于在小鼠体内输送胰岛素。该装置的设计使胰岛素可以通过药物储存器中的孔缓慢渗出或在执行器控制下以大爆发释放。
研究人员通过测量小鼠血糖水平的后续变化来评估胰岛素释放的有效性。他们发现，在带有驱动装置的小鼠中，在整个研究的八周内都能保持有效的胰岛素输送。然而，在未接受驱动的小鼠中，仅两周后递送效率开始下降，八周后，几乎没有胰岛素能够通过纤维囊。
作者还制作了一个 120 毫米 x 80 毫米的人体大小版本的设备，并表明它可以成功地植入人类尸体的腹部。
Goswami 说：“这是一个概念证明，表明有一种微创手术技术可能被用于更大规模的人体规模设备。”
研究人员与圣路易斯华盛顿大学医学院的 Jeffrey Millman 合作，现在计划对该设备进行改造，以便它可以用于输送干细胞来源的胰腺细胞，这些细胞可以感知葡萄糖水平并在葡萄糖升高时分泌胰岛素。太高。这种植入物可以消除患者不断测量血糖水平和注射胰岛素的需要。
“这个想法是细胞将驻留在水库中，它们将充当胰岛素工厂，”罗氏说。“他们会检测血液中的葡萄糖水平，然后根据需要释放胰岛素。”
研究人员为这种设备探索的其他可能应用包括提供免疫疗法来治疗卵巢癌，以及向心脏提供药物以预防心脏病发作患者的心力衰竭。
“你可以想象，我们可以将这项技术应用于任何受异物反应或纤维囊阻碍的事物，并产生长期效果，”罗氏说。“我认为任何类型的植入式给药装置都可以从中受益。”
该研究部分由爱尔兰科学基金会、青少年糖尿病研究基金会和国立卫生研究院资助。
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