顾臻教授团队:把红细胞改造成胰岛素智能快递员
发布时间:2017-05-19
来源:中央统战部网站
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近日,来自北卡罗莱纳大学教堂山分校(UniversityofNorthCarolinaatChapelHill)与北卡罗莱纳州立大学(NorthCarolinaStateUniversity)的顾臻教授与JohnBuse教授的团队开发了一种新技术,能让红细胞担任胰岛素的智能快递员,并根据血糖浓度,自动控制1型糖尿病小鼠的血糖水平。这一成果在线刊登在了最新一期的材料科学顶尖学术刊物《AdvancedMaterials》上。

顾臻教授曾师从著名化学工程学家、生物医药创业领袖RobertLanger教授,他们曾一道发明了一种包含胰岛素的可皮下注射用微纳颗粒。这种颗粒的尺寸只有一粒沙的千分之一,却能有效调控糖尿病小鼠的血糖。在北卡罗莱纳,他的团队致力于研究药物的“智能递送方式”,并取得了多项具有转化潜力的成果。2015年,顾臻教授与团队开发出了一种“智能胰岛素贴片”,它含有一系列装有胰岛素与葡萄糖氧化酶的囊泡。当血糖升高时,葡萄糖就会渗入这些小泡,并被葡萄糖氧化酶所氧化,产生缺氧或富含双氧水的环境。这会促进小泡破裂,并快速释放出其中的胰岛素,起到“自动降血糖”的作用。

在小鼠试验中,这款贴片取得了成功——贴上皮肤后仅半小时,便能有效降低血糖长达9个小时。这一款“智能微针”曾入选《科学》杂志年度十佳科学图片。顾臻教授也被《麻省理工科技评论》评选为当年35名35岁以下的创新者。目前他的团队正在积极地开展临床前大动物实验,目标早日进入临床实验。

在转化研究的同时,顾臻教授的团队没有停下创新的脚步。在近期在线发表的研究中,他们开发出了一种基于红细胞的胰岛素递送系统。在这套系统中,研究人员将胰岛素用化学方法连接到一种叫做氨基葡萄糖(glucosamine)的葡萄糖衍生物中。由于与葡萄糖结构接近,氨基葡萄糖也能被红细胞表面的葡萄糖转运蛋白(glucosetransporter)所识别。因此,通过识别氨基葡萄糖,红细胞顺便也把胰岛素“背”在了身上。

按研究人员的设想,如果糖尿病患者体内的血糖浓度上升,葡萄糖就会与氨基葡萄糖竞争红细胞表面的葡萄糖转运蛋白的通道,挤掉氨基葡萄糖。脱离下的氨基葡萄糖则带着胰岛素一起进入血液。这些游离的胰岛素能结合相应的胰岛素受体,起到降血糖的作用。

在转化研究的同时,顾臻教授的团队没有停下创新的脚步。在近期在线发表的研究中,他们开发出了一种基于红细胞的胰岛素递送系统。在这套系统中,研究人员将胰岛素用化学方法连接到一种叫做氨基葡萄糖(glucosamine)的葡萄糖衍生物中。由于与葡萄糖结构接近,氨基葡萄糖也能被红细胞表面的葡萄糖转运蛋白(glucosetransporter)所识别。因此,通过识别氨基葡萄糖,红细胞顺便也把胰岛素“背”在了身上。

按研究人员的设想,如果糖尿病患者体内的血糖浓度上升,葡萄糖就会与氨基葡萄糖竞争红细胞表面的葡萄糖转运蛋白的通道,挤掉氨基葡萄糖。脱离下的氨基葡萄糖则带着胰岛素一起进入血液。这些游离的胰岛素能结合相应的胰岛素受体,起到降血糖的作用。

“简单来说,这是一种生物相容的‘智能系统’,给予红细胞一个新角色:在需要时,能够自动将血糖浓度调整。”文章的通讯作者顾臻教授说。

在小鼠实验中,研究人员的设想得到了验证。将装载了胰岛素-氨基葡萄糖的红细胞注射入患有1型糖尿病的小鼠后,研究人员发现,这些小鼠的血糖能被有效降低达两天之久,同时没有低血糖症状的发生。与之相比,仅注射胰岛素-氨基葡萄糖的小鼠,或是注射了标准胰岛素与红细胞的小鼠,血糖会在12小时内回归接近初始的较高水平。这一发现表明,这套新型的胰岛素递送系统,的确能起到长期控制血糖水平的作用。

此外,这套系统还能与纳米技术进行结合。研究人员同样发现,包裹有红细胞细胞膜的纳米颗粒,能起到和天然红细胞类似的作用。研究人员相信,这将进一步拓展这套系统的应用前景。

“我们的团队会在动物模型中进一步评估这套系统的长期生物相容性,然后决定是否要启动临床试验,”本项研究的资深作者之一,美国糖尿病学会医学科学部前主席JohnBuse教授说道:“如果我们的愿景能够实现,那它将成为糖尿病护理最为激动人心的进展之一。”

“我们也在探索利用无痛的微针来递送这一系统的可能,这就不用像研究中那样依赖于常规注射了,”顾臻教授补充说。

我们祝贺顾臻教授与团队取得的新进展,并祝愿他们的创新疗法能早日来到糖尿病患者身边,改善他们的健康与生活。(《学术经纬》)