西北大學的研究人員開發出了一種新型抗氧化生物材料，有朝一日可以為患有慢性胰腺炎的人提供急需的緩解。

該研究將于 6 月 7 日發表在《科學進展》雜志上。

在外科醫生從患有嚴重、疼痛的慢性胰腺炎的患者體內摘除胰腺之前，他們首先會采集產生胰島素的組織簇(稱為胰島)，并將其移植到肝臟的血管中。移植的目的是讓患者無需注射胰島素就能控制自己的血糖水平。

不幸的是，這一過程無意中破壞了 50-80% 的胰島，三分之一的患者在手術后患上糖尿病。手術后三年，70% 的患者需要注射胰島素，這會帶來一系列副作用，包括體重增加、低血糖和疲勞。

在這項新研究中，研究人員將胰腺中的胰島移植到網膜(覆蓋腸道的大型扁平脂肪組織)而不是肝臟。為了給胰島創造更健康的微環境，研究人員用一種具有抗氧化和抗炎作用的生物材料將胰島粘附到網膜上，這種生物材料在暴露于體溫時會迅速從液體變成凝膠。

在對小鼠和非人類靈長類動物的研究中，該凝膠成功預防了氧化應激和炎癥反應，顯著提高了移植胰島的存活率并保留了其功能。這標志著合成的抗氧化凝膠首次被用于保留移植胰島的功能。

“盡管胰島移植技術多年來一直在進步，但長期效果仍然不佳，”領導這項研究的西北大學的 Guillermo A. Ameer說道。“顯然需要替代解決方案。我們設計了一種尖端合成材料，為胰島功能提供了支持性微環境。在動物身上進行測試時，我們取得了成功。它使胰島功能最大化，并恢復了正常的血糖水平。我們還報告了動物所需的胰島素單位減少。”

“通過這種新方法，我們希望患者不再需要在忍受慢性胰腺炎的身體疼痛和糖尿病并發癥之間做出選擇，” 西北大學生物醫學工程研究助理教授兼論文第一作者Jacqueline Burke補充道。

Ameer 是再生工程領域的專家，他是西北大學 麥考密克工程學院的 Daniel Hale Williams 生物醫學工程教授、西北大學范伯格醫學院的外科教授 ，也是先進再生工程中心 的創始主任 。

“生活質量下降”

對于沒有胰腺的患者來說，控制血糖水平等副作用可能是一生的困擾。胰島通過對葡萄糖產生反應而分泌胰島素，幫助身體維持血糖控制。如果沒有功能正常的胰島，人們必須密切監測血糖水平并頻繁注射胰島素。

“沒有功能性胰島會給患者帶來很大負擔，”伯克說。“他們必須學會計算碳水化合物、在適當的時間注射胰島素并持續監測血糖。這消耗了大量的時間和精力。即使非常小心，外源性胰島素療法在維持血糖控制方面也不如胰島有效。血糖超出范圍的患者會出現并發癥，如失明和截肢。我們的目標是讓這種生物材料保護胰島，讓患者過上正常的生活——沒有糖尿病的生活。”

“這會降低生活質量，”阿米爾說。“我們不想多次注射胰島素，而是希望收集和保存盡可能多的胰島。”

但不幸的是，目前保存胰島的標準護理往往會導致不良結果。在切除胰腺的手術后，外科醫生會從胰腺中分離出胰島，并通過門靜脈灌注將其移植到肝臟。這種門靜脈內灌注手術有幾種常見的并發癥。與血流直接接觸的胰島會發生炎癥反應，超過一半的胰島會死亡，移植的胰島會導致肝臟出現危險的血栓。出于這些原因，醫生和研究人員一直在尋找替代的移植部位。

在之前的臨床研究中，研究人員將胰島移植到大網膜而不是肝臟，以繞過凝血問題。為了將胰島固定在大網膜上，醫生使用患者自身血液中的血漿來形成生物凝膠。雖然大網膜作為移植部位似乎比肝臟效果更好，但仍存在一些問題，包括凝血和炎癥。

“研究和醫學界對尋找替代的胰島移植部位有著濃厚的興趣，”Ameer 說道。“網膜研究的結果令人鼓舞，但結果各不相同。我們認為這是因為使用患者的血液和制造生物凝膠所需的添加成分會影響患者的可重復性。”

檸檬酸鹽溶液

為了保護胰島并改善治療效果，Ameer 轉向了實驗室開發的具有固有抗氧化特性的檸檬酸鹽基生物材料平臺。檸檬酸鹽基生物材料用于美國食品藥品管理局批準的用于肌肉骨骼手術的產品中，已證明能夠控制人體的炎癥反應。Ameer 著手研究這些具有可生物降解和溫度響應相變特性的生物材料版本是否可以提供比從血液中提取的生物凝膠更好的替代品。

在細胞培養中，儲存在檸檬酸鹽凝膠中的小鼠和人類胰島比其他溶液中的胰島存活時間更長。當暴露于葡萄糖時，胰島會分泌胰島素，表現出正常功能。除了細胞培養，Ameer 的團隊還在小型和大型動物模型中測試了這種凝膠。這種材料在室溫下呈液態，在體溫下會變成凝膠，因此使用起來很簡單，而且很容易固定。

在動物研究中，凝膠有效地將胰島固定在動物的網膜上。與目前的方法相比，更多的胰島存活下來，隨著時間的推移，動物的血糖水平恢復正常。據 Ameer 稱，成功部分歸功于新材料的生物相容性和抗氧化性質。

“胰島對氧氣非常敏感，”Ameer 說。“氧氣太少和太多都會對它們產生影響。這種物質的天然抗氧化特性可以保護細胞。而來自你自己血液的血漿無法提供同等程度的保護。”

融入組織

大約三個月后，人體會吸收 80-90% 的生物相容性凝膠。但那時，它就不再需要了。

“令人著迷的是，胰島再生了血管，”阿米爾說。“身體生成了新的血管網絡，將胰島與身體重新連接起來。這是一個重大突破，因為血管使胰島保持活力和健康。與此同時，我們的凝膠只是被周圍組織吸收，幾乎不留下任何痕跡。”

下一步，Ameer 計劃在動物模型上長期測試他的水凝膠。他說，這種新水凝膠還可以用于各種細胞替代療法，包括用于治療糖尿病的干細胞衍生β細胞。