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          YYDS!石墨烯生物支架用于抑制器官移植的炎癥反應,提高移植細胞的生存率
          時間:2021-11-29 12:16:20  作者:lfy  來源:生物探索
          再生醫學網獲悉,近日,來自斯坦福的研究者們在Science子刊上發表題為:《Localized drug delivery graphene bioscaffolds forcotransplantation of islets and mesenchymal stem cells》的文章,報道了關于三維支架用于胰島細胞移植的最近工作進展。研究者們開發了一種可植入的石墨烯生物支架,這種支架具有良好的生物相容性并且可以攜帶地塞米松(Dex),使其成為局部消炎藥傳遞平臺,避免常規靜脈注射地塞米松的全身性的副作用,同時能夠精確地調節移植微環境中的炎癥反應。
            糖尿病是一種十分常見的代謝類疾病,會嚴重影響患者的生活質量。近年來,隨著器官移植技術的興起,胰島移植也成為糖尿病治療的新選擇。但與此同時,有關胰島移植術式也遇到了難題,那就是胰島細胞在移植術后很快便會失去生理活性。

            再生醫學網獲悉,近日,來自斯坦福的研究者們在Science子刊上發表題為:《Localized drug delivery graphene bioscaffolds forcotransplantation of islets and mesenchymal stem cells》的文章,報道了關于三維支架用于胰島細胞移植的最近工作進展。研究者們開發了一種可植入的石墨烯生物支架,這種支架具有良好的生物相容性并且可以攜帶地塞米松(Dex),使其成為局部消炎藥傳遞平臺,避免常規靜脈注射地塞米松的全身性的副作用,同時能夠精確地調節移植微環境中的炎癥反應。
            另一方面,這種生物支架含有可以容納細胞的孔隙,可以用來移植胰島細胞,也可以容納其他細胞。在此研究中,研究者們就通過共移植胰島和間充質干細胞(AD-MSCs)來提高胰島細胞的存活率。之所以采取共移植的原因是,AD-MSCs能夠分泌可溶性因子到其周圍的微環境中,促進血管生成,減少炎癥,并調節固有和適應性免疫系統,從而幫助胰島移植、存活以及恢復移植后的功能,使胰島具有更好的結構組織、血管重建和減少炎癥。
            在本研究中,研究者們使用化學氣相沉積(CVD)方法合成了三維石墨烯生物支架,然后通過聚多巴胺(PDA)納米層用Dex涂層對其功能化,優化Dex的濃度,使其具有抗炎作用而不影響細胞功能。這種石墨烯生物支架由相互連接的大孔組成,足以在其晶格中均勻容納胰島和AD-MSCs,這也能防止細胞聚集,確保胰島的更均勻分布,提高它們生存率的同時保留其功能性。
            由于其孔徑分布(100-400 m)與胰島細胞大小(通常在100-400 m之間)匹配,所以在本研究中選用了薄石墨烯生物支架。此外,通過優化的DEX的濃度為0.5 w/v%。首先,研究者們在體外環境中,把胰島細胞與石墨烯-DEX生物支架共育,探究胰島細胞的生存狀態。實驗表明,石墨烯-DEX生物支架可以明顯減少胰島細胞的聚集并提高生存率。
            石墨烯-DEX成功制備和表征后,它的效果如何?是否能使高血糖小鼠的血糖含量回歸正常范圍?研究者們就用石墨烯-DEX生物支架和石墨烯支架(沒有DEX)分別對高血糖模型小鼠進行了移植胰島細胞的手術(分別移植單獨的胰島細胞或者共移植胰島細胞和AD-MSCs)。研究者們利用鏈脲佐菌素(STZ)處理后,所有動物模型都出現高血糖狀態。通過胰島移植后并檢測30內的血糖變化,實驗結果表明,利用石墨烯-DEX生物支架共移植胰島細胞和間充質干細胞(AD-MSCs)的實驗組的血糖最低,也就是移植效果最好,利用石墨烯-DEX生物支架只移植胰島細胞,效果次之;石墨烯生物支架移植胰島細胞,效果再次之;單獨胰島細胞移植最差。
            相比之下,糖尿病小鼠,無論是單獨接受胰島或不使用Dex的石墨烯生物支架的胰島,都無法在整個研究過程中恢復血糖控制。石墨烯-Dex生物支架移植單獨的胰島的糖尿病小鼠最初無法恢復血糖控制;然而在第14天,血糖得到了有效控制,并維持到研究的第30天結束。在評估對葡萄糖刺激的動態反應時,利用石墨烯-DEX生物支架共移植胰島細胞和間充質干細胞(AD-MSCs)的實驗組與其他所有組相比,30分鐘空腹血糖值的峰值變化最小。葡萄糖負荷后120分鐘,血糖值恢復到與基線(0分鐘)相似的正常范圍,表明糖耐量正常。在小鼠體內的生物支架提取出后,發現在脂肪組織內移植良好,沒有粘連/纖維帶。
            此外,研究者們還發現,當胰島細胞被移植到生物支架中時,胰島與AD-MSCs共移植的數量顯著高于單獨移植的胰島細胞。在單獨移植胰島細胞的動物模型中,幾乎看不到完整的胰島,胰島素染色細胞分散在胰島周圍,而不是分布在離散的胰島結構中。相比之下,石墨烯-DEX生物支架中單獨移植的胰島,或與AD-MSCs一起移植的胰島細胞,可以保持其原有大小和球形形態,并保持其固有結構。在磷酸鹽緩沖鹽水(PBS)中培養12周后,石墨烯-DEX生物支架的生物降解度為5.4%。植入后3個月,石墨烯-DEX生物支架與皮下組織融合良好。并且移植后,3個月的動物模型的血液分析顯示:血糖沒有顯著升高仍在正常范圍內。
            綜上,石墨烯-DEX生物支架能大大提高胰島細胞的存活率,明顯減弱移植手術后的炎癥反應,使手術成功率更上一個臺階。這可能是未來的發展方向,不僅僅是胰島細胞,在其他移植手術上也可以有更廣泛的應用,促進了器官移植技術的進步。
            炎癥反應是導致移植胰島細胞失去生理活性的主要原因,而如何對抗炎癥反應就成為擺在科學家面前的頭號難題。對此,再生醫學網表示,該項研究成果的問世,就很好地解決了上述的難題。因此,從這一觀點來看,該項研究成果的問世具有劃時代的意義。
          關鍵字:糖尿病,胰島素,胰島細胞,胰島移植,石墨烯,生物支架
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