科学家将片上器官和干细胞技术结合起来

通过结合两种强大的技术，科学家们将糖尿病研究提升到一个全新的水平。在由哈佛大学的Kevin Kit Parker领导的一项研究中，微流体和人类产生胰岛素的β细胞已被整合到“芯片上的胰岛”中。这种新设备使科学家能够更容易地筛选胰岛素生成细胞，然后将其移植到患者体内，测试胰岛素刺激化合物，并研究糖尿病的基本生物学。

Islet-on-a-Chip的设计灵感来自人类胰腺，其中细胞岛(“胰岛”)从血流中接收关于葡萄糖水平的连续信息流，并根据需要调整其胰岛素产生。

“如果我们想治愈糖尿病，我们必须恢复一个人自己制造和输送胰岛素的能力，”Xander大学干细胞与再生生物学教授，哈佛干细胞研究所(HSCI)联合主任Douglas Melton解释道。“在胰腺中制造的β细胞具有测量糖和分泌胰岛素的作用，通常他们做得非常好。但在糖尿病患者中，这些细胞不能正常运作。现在，我们可以使用干细胞制造对于他们来说，健康的β细胞。但是像所有的移植一样，确保可以安全地工作有很多参与。“

在将β细胞移植到患者体内之前，必须对它们进行测试以确定它们是否正常运作。目前这样做的方法基于20世纪70年代的技术：给予细胞葡萄糖以引发胰岛素反应，收集样品，添加试剂，并进行测量以查看每个中存在多少胰岛素。手动过程需要很长时间才能完成并解释许多临床医生完全放弃它。

新的自动化微型设备可实时提供结果，从而加快临床决策制定。

“我们的设备将胰岛分成不同的排列，同时向每个胰岛输送葡萄糖脉冲，并检测产生多少胰岛素，”该论文的共同第一作者，博士和研究人员Aaron Glieberman说。派克实验室的候选人。“它将葡萄糖刺激和胰岛素检测结合在同一条流路中，因此可以快速为临床医生提供可操作的信息。该设计还使用了适合大规模生产的材料，这意味着更多的人可以使用它。 “

“片上胰岛让我们可以监测捐赠或制造胰岛细胞如何释放胰岛素，因为体内的细胞可以，”哈佛大学生物工程和应用物理学家塔尔家庭教授帕克说。“这意味着我们可以在糖尿病细胞治疗方面取得重大进展。该装置可以更容易地筛选刺激胰岛素分泌的药物，测试干细胞衍生的β细胞，并研究胰岛的基本生物学。没有其他质量控制那里的技术可以快速，准确地完成。“

哈佛大学的技术开发办公室已经提交了与该技术相关的专利申请，并正在积极探索商业化机会。

“令人兴奋的是，我们的实验室测量胰岛功能的方法从单个细胞向更大的细胞群体推进，并纳入可在社区广泛使用的设备中，”佛罗里达州立大学的共同作者Michael Roper说。 ，他的实验室专注于胰岛的基础生物学。“现在，我们的设备集成了葡萄糖输送，胰岛定位和捕获，试剂混合和胰岛素检测，并且需要的试剂少得多。因此实验室可以使用它以相同的成本进行更多的实验，使用更短更简单的方法处理。”

“我的主要兴趣在于糖尿病本身 - 我家里的所有成年人都患有2型糖尿病，这就是我追求科学作为职业的原因，”该研究的共同第一作者，博士后研究员Benjamin Pope说。帕克实验室。“我很高兴看到这项技术用于糖尿病研究和移植筛查，因为它可以为糖尿病提供细胞疗法。

“它也是许多不同技术的完美结合，”Pope补充道。“自动胰岛捕获背后的物理学，微流体，实时传感器及其背后的生物化学，电子和数据采集组件 - 甚至软件。整个设备和操作系统 - 集成了来自不同领域的许多东西，我在这个过程中学到了很多东西。“

除了应用于糖尿病外，该装置还有望与其他组织和器官一起使用。“我们可以修改核心技术，以感知各种微生理系统中的功能，”Glieberman补充说。“由于能够持续检测细胞分泌物，我们希望能够更容易地探索细胞如何使用蛋白质信号进行通信。这项技术最终可能会为诊断和治疗的健康动态指标提供新的见解。”