对于全球超过7亿的1型糖尿病患者来说，让宿主免疫系统耐受植入的胰岛素分泌细胞可能会改变他们的生活。

莱斯大学生物工程师Omid Veiseh和合作者发现了新的生物材料配方，可以帮助翻开1型糖尿病治疗的一页，为更可持续、长期、自我调节的治疗方法打开大门。

为了做到这一点，他们开发了一种新的筛选技术，该技术涉及在将它们植入活体受试者之前，用独特的“条形码”标记数百种生物材料配方。

根据《自然生物医学工程》这项研究，使用其中一种海藻酸盐配方来封装人体胰岛素分泌胰岛细胞提供长期血糖水平控制糖尿病小鼠。涂有另外两种高性能材料的导管没有堵塞。

“这项工作的动机是一个主要的未满足的需求，”维塞说，他是莱斯大学生物工程和生物工程学院的助理教授德州癌症预防与研究所学者。在1型糖尿病患者中，身体的免疫系统会攻击胰腺中产生胰岛素的细胞。当这些细胞被杀死时，患者就失去了调节血糖的能力。”

几十年来，科学家们一直在努力实现Veiseh所谓的“圣杯”目标，即将胰岛细胞安置在由一种保护性材料制成的多孔基质中，这种多孔基质可以让细胞获得氧气和营养物质，而不会受到宿主免疫系统的攻击。

然而，由于筛选的限制，具有最佳生物相容性的材料很难找到。一方面，免疫系统对特定植入生物材料的反应只能在活体宿主中进行评估。

“问题是，免疫反应需要在这些糖尿病小鼠体内进行研究，而不是在试管中，”加州大学洛杉矶分校的研究生博拉姆·金(Boram Kim)说，“这意味着，如果你想筛选这数百个藻酸盐分子，那么你需要有数百个动物实验对象。我们的想法是在同一测试对象中同时筛选数百种生物材料。”

另一方面，不同的生物材料配方看起来都是一样的，这使得在缺乏某些特征的情况下，不可能识别出高性能的材料。这使得在每个宿主身上检测一种以上的生物材料变得不可行。

“它们是不同的材料，但它们看起来是一样的，”Veiseh说。“一旦它们被植入测试对象的体内，然后再取出，我们就无法区分这些材料，也无法确定哪种材料配方效果最好。”

为了克服这些限制，Veiseh和合作者想出了一种方法，用独特的“条形码”标记每种海藻酸盐配方，使他们能够识别出效果最好的配方。

Kim说:“我们将每种改良的生物材料与来自不同供体的人脐静脉内皮细胞(HUVEC)配对。”

Veiseh补充说:“HUVEC细胞，因为它们来自独特的供体，就像条形码一样，让我们知道最初使用的是什么材料。”“赢家是那些有活细胞的。一旦我们找到了它们，我们就对这些细胞的基因组进行了排序，并找出了与之配对的物质。这就是我们发掘最热门歌曲的方式。”

试验正在进行中干细胞衍生的胰岛细胞的使用糖尿病患者。然而，目前的胰岛治疗需要免疫抑制，这使得它成为治疗1型糖尿病的一种费力的方法。

“目前，为了在糖尿病患者身上使用植入的胰岛细胞，你必须抑制整个免疫系统，就像你试图做器官移植一样，”Veiseh说。“这给病人带来了很多并发症。

“他们可能会患上癌症，他们无法抵抗感染，所以，对绝大多数患者来说，最好是在他们自己注射的地方进行胰岛素治疗。使用这种生物材料包封策略，不需要免疫抑制。”

将真正的HUVEC细胞放入生物材料胶囊中增加了宿主免疫系统检测外来存在的可能性。这使得实验比仅仅测试对生物材料的免疫反应更可靠。

Veiseh说:“我们想测试这些材料的文库，利用珠子内部细胞的选择压力，使材料更难不被免疫系统注意到。”“所有的胰岛细胞制造商都很有兴趣摆脱免疫抑制，而是使用这些海藻酸盐水凝胶基质来保护植入的细胞。”

新高通量“条形码”方法可以使用更少的活体测试对象来筛选其他医疗应用。

Veiseh说:“这实际上影响了我实验室的许多其他项目，我们正在从其他疾病适应症的细胞中进行生物生产。”“同样的修改可以应用于进入人体的所有类型的材料。这不仅限于细胞移植。我们开发的技术可以与许多不同的设备概念配对。

“例如，一些糖尿病患者使用自动泵系统来自我注射胰岛素。这些泵系统上的导管每隔几天就要更换一次，因为它们会堵塞。我们能够证明，用这些新材料涂覆导管可以防止堵塞。”

“有了这种新的基于细胞的条形码技术，生物材料研究得到了前所未有的推动，将加速转化为临床应用的产品，并使其更便宜，”弗吉尼亚大学的移植外科医生和生物工程师约瑟夫·奥伯霍尔泽博士说。

“这是一个真正的范式转变。通过这种方法，我们现在可以一次筛选数百种生物材料，并选择那些人体不会排斥的材料。我们可以保护细胞移植物免受免疫系统的攻击，而不需要免疫抑制药物，”Oberholzer补充道。

前莱斯大学生物工程教授、现任NuProbe美国首席执行官张大卫(David Zhang)指出，“高通量DNA测序已经彻底改变了许多生物医学领域。”

“我很高兴与奥米德合作，利用我的团队在DNA测序方面的专业知识，开发出改进的生物材料，”张补充说，他是该基金的联合研究员。“这些改进的生物材料可以使持久的植入细胞疗法发挥活药厂的作用，并且可以对患有各种慢性疾病的患者产生积极的破坏性影响。”