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干细胞疗法对于治疗糖尿病带来什么样的挑战 [复制链接]

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在过去的一百多年里,由于基因工程技术和药物的改进,使其在很大程度上减少了与其有关的并发症和死亡。然而,由于糖尿病的合并症,全球还有四亿患者受到糖尿病肾病、眼病和神经病等致命的影响。通过严格的饮食管理,可以延缓或防止2型糖尿病的发生。(详情:节食减肥10-15公斤,2型糖尿病患者可获治愈)不幸的是,此项严格的饮食管理也可能导致血脂过高,因此该方法的执行受到患者情况的制约。

采用胰岛或胰脏组织的人工肝组织进行替代性治疗,可以在不依赖外源性胰岛素的情况下,对患者进行血糖的调控。但是,胰岛的来源是非常少的,所以用干细胞制造足够多的胰岛素细胞,能够很好的适应β细胞置换和胰岛素非依赖性的需要。

随着细胞技术、组织工程学和生物技术的不断发展,以及生物技术的不断发展,已逐渐向临床应用迈进,是目前最具发展前景的一种新型药物。目前,在临床上,还存在着一些亟需解决的问题。

一:胰岛的功能重建

从人类来源干细胞中提取出的功能B细胞是最近十多年来发展起来的。其根本战略是重复早期多能干细胞的主要途径:确定的内胚层,接着是胰腺的内胚层,接着是分泌的前驱细胞(祖先),最后是胰岛。

胰脏包括内分泌区和外分泌区。前者是一个类似于朗格汉斯岛的小型的小型器官。胰岛中包含了分泌胰岛素的beta细胞,还有其它内分泌细胞(α,delta,epsilon)和PP细胞。“中心”是一种叫做Beta的亚单位,当受到葡萄糖的激励后,胰岛细胞会协同分泌胰岛素。内分泌细胞并非独立的个体,它是由多种细胞构成的,包括基质细胞、神经细胞、内皮细胞和外周膜细胞。

人体中的β-胰腺细胞并不单独。实际上,在胰岛中,其功能的保持与其组织的复杂性有关,而在胰岛中,胰岛的分化状态和完全状态下是不一样的。例如,在葡萄糖的作用下,在葡萄糖作用下,最大的胰岛素分泌量和最大的分泌物减少,而在正常情况下,在葡萄糖作用下,β细胞的胰岛素分泌能力低于正常组织。此外,细胞与细胞之间的通讯、细胞间隙连接蛋白Connexin-36等也参与了与胰岛细胞连接的调节。

要制造出最好的治疗糖尿病的人类胚胎干细胞,就需要研究胰岛与细胞间的联系。

胰岛细胞的一个主要作用是与其他细胞进行通讯,这些细胞包含内皮细胞、周细胞、神经细胞和间质细胞等。在胰腺中胰岛的动脉是非常发育的,每个β细胞与内皮有一种或多种联系,并且在它们的结合部位有一种特别的超微观组织。

在胰脏发展期间,由内分泌系统分泌VEGF-A的内皮组织吸收了快速成长的胰岛素。其次是胰岛细胞的合成与分泌,它在β细胞生长、存活和功能方面起着至关重要的调控作用。胰岛血管的小生境中,除了内皮外,还有周组织的微循环。周细胞围绕着内皮细胞的管道,为其组织提供支撑和形成功能的新的细胞,并调控其增殖、存活和功能。周细胞在胰岛的正常运作中扮演的角色尚未被充分认识,而基因敲除的实验显示,胰岛中周的组织细胞可能会影响到胰岛素的分泌及血糖的排泄。

胰岛的组织构造对于调节人体的内分泌机能非常关键,因此在人工合成的胰腺中有很多的技术。多个实验结果显示,假胰岛再生体在体外和体内均有提高。还有一些研究结果显示,当beta和betacell再次结合后,与单纯的betacell形成的胰岛相比,GSIS(GSIS)被提高了。

人类多能干细胞产生类似于beta细胞的过程包括在一个阶段,促使多能干细胞穿过一组中祖细胞。在进行了方向的分化之后,能够分离出类似于贝塔的细胞群,并将其重组为具有一定尺寸和成分的胰岛状细胞群。其它的内分泌细胞(这些细胞自身也可能来源于人PSCs)的重新凝聚,可以提高自身的血糖调节能力,这是由特定的hPSC诱导的贝塔细胞向中央细胞的分化所致。最终,与小生境的细胞结合在一起,使其更加密切地重现与周围的微观环境交互作用,这些微观条件对其的作用是非常关键的。

本研究旨在探讨最适宜于人体的胰腺组织及组织构造。种质资源是有限制的。一种方法是从胚胎干细胞(hESCs)或诱发多能干细胞(iPSCs)中生成胰岛素-β细胞。另外一项难题在于,当前制造人造胰岛的技术主要依靠胰岛器官,即内分泌和非内分泌的组织。有一日,3D印刷胰岛的组织有望实现,实现理想的构造。

二:胰岛细胞疗法中的免疫问题研究

在1型糖尿病患者中,采用Beta细胞代替疗法,结合人ESC-或iPSC衍生的β细胞,可以为该病的有效疗法指明方向。

但是,在治疗过程中,存在着大量的免疫排斥问题。现有的抗病*药物虽然很好,但是必须终身服用。

首先是免疫排异

对于1型糖尿病病人,异位B-淋巴细胞会受到相同的免疫介导的排异性,若不能加以控制,可能会在数日之内将移植物的细胞除去。T淋巴细胞是引起MHC的重要因子,它的活化是因为T淋巴细胞的T淋巴受体(TCR)能鉴别与MHC的结合蛋白。HLA是MHC蛋白质的重要目标,而在雌性受体中,雄性和线粒体的抗体也会导致排卵,虽然比较缓慢。

虽然可以防止自身的免疫功能受到排斥,但是一旦移植到病人体内,就很可能会受到传染和恶性疾病的影响。一种很好的方法就是通过培养免疫系统来防止长期的全身性免疫抑制。很多具有抗移植组织的实验动物模型都具有抗肿瘤的能力,并且现在还在为人体提供可能的抗肿瘤治疗。

近20年来,对诱导的器官移植的忍耐进行了大量的探索。其中一种方法是:建立供体-受者的造血嵌合。捐赠者的免疫系统可以通过将捐赠者的自体细胞进行体外的培养,以预防移植中的异种异体。但这种结合的不稳定的状况会使受试者或捐赠者的免疫体系失去平衡,从而由一位患者控制和控制。如果供体的细胞占据主导地位,那么移植体对寄生疾病的抵抗就会增加;如果接受者的身体处于优势,则会失去对捐赠者的容忍能力。另外一个方法是:使用后继的细胞治疗来提高Treg的作用。但是还有一个问题,即:有许多能够对施主起作用的T淋巴系统能压制Treg介导的免疫。通过Treg来抑制排异,要求在受者中降低T淋巴对捐献者的作用。

其次是自己的免疫力问题。

对于1型糖尿病病人,胰岛自身免疫球蛋白T淋巴球还能对移植的beta进行侵袭并摧毁,导致被移植的beta淋巴细胞产生排卵。很有意思的是,一般的实体性器官的免疫抑制药物对治疗的作用并不明显。

许多抗肿瘤的免疫抑制剂通常被用作防止移植物的同种免疫介导的排异反应。在接受过免疫抑制的患者,使用了常规的治疗方法来降低自己的免疫应答,同时也发现了对胰岛的自体免疫的复发性。针对T和B类的免疫疗法,例如CD3,可以抑制某些新型1型糖尿病病人的B-淋巴细胞的作用。抗胸腺细胞球蛋白是一种常用的器官移植药,其作用机制是引起T淋巴功能的衰退,大剂量时不能阻止其丧失,而与G-CSF同时应用时则可获得较好的效果。

免疫调节剂是一种治疗自身和同类的免疫治疗。

目前已发展出针对胰岛抗原的特殊疗法,而非免疫调控的方法。根据临床前期资料显示,利用胰岛抗体产生的多肽或奈米球可以针对某些特殊的作用而产生一定的免疫耐受,目前尚需进行大量的临床研究。胰岛抗原是一种特殊的免疫疗法,其主要目标是其自身的免疫功能;仅仅消除一个或一个特定的胰岛免疫球蛋白T淋巴细胞的作用是不够的。另外,不同的病人,不同的疾病,不同的胰岛抗体的特异程度也不同,所以很难确定特定的胰岛抗体是否为靶点。利用特异性抗体进行特异性的免疫调节,可以使其更好地适应于各种人群。

Treg细胞疗法之所以具有吸引人之处,是因为它能调控T淋巴系统对主要抗原的特异反应。比如,Treg可以利用“相关的抑制性”和“感染力忍耐”来控制不想要的免疫应答。在相关的抑制性中,单抗原活化Treg能有效地阻止相同的组织中发生的其他抗原。

对于感染性的忍耐,Treg创建了一种对周围其他活化T淋巴细胞的免疫系统,而非影响宿主。这让Treg抑制剂可以通过一段时期的扩散,而不再限于出现初始的细胞。这些特征保证了特异的特异、显著和持久地抑制其他区域的其他免疫细胞。确实,胰岛抗原特异Treg单独注入能使非肥大型糖尿病的自体免疫模型得到终身改善。Treg细胞疗法是一种用于1型糖尿病的药物,其有效性和安全性得到验证。

三:糖尿病患者的干细胞疗法

干细胞移植是目前最具发展潜力的一种治疗手段,利用多能干细胞作为胰岛细胞,可以很好地克服胰岛供体短缺的问题。然而,我们也要清楚,从干细胞的研发到临床的使用,还有很长的一段路要走。目前,随着胰岛移植技术的发展,胰岛的移植已经逐渐发展,对器官的移植部位、血液循环、血液循环等方面的认识也逐渐提高,并逐渐发展为一种新的医学手段。同时还要注意病人的身体情况,确保临床上的各种方法都能达到较好的效果。

尽管干细胞制造出的贝塔细胞日趋成熟,且其在临床上的使用也愈加可靠,但其存在的问题依然不容忽视。利用遗传修饰技术筛选出与自身免疫有关的基因,以降低机体的免疫排异或提高机体的免疫力,然而细胞间复杂、相互联系、相互影响的相互影响,很可能导致机体的免疫平衡失调,因此必须进行更深更细致的考虑与选择。

利用组织工程化技术将胰岛素分泌的细胞包入一种由特定材质制成的微小胶囊内,一方面可以为其提供大量的胰岛素,另一方面又能抑制其对人体的侵袭。在实践中,还存在着许多复杂的问题,特别是技术实施方法方面的问题。所以,未来的发展还是很乐观的。

目前,干细胞封装技术正处于一个临床实验的过程中。年,首个用于1型糖尿病的ESC药物(NCT)开始了临床研究(NCT),即ViaCyt公司(ViaCytInc.),是一种由hESC(hESC)衍生而来的胰脏内胚层(PEC),它是一种能够进行皮肤移植的、能够进行免疫的、使氧和养分能够流通的药物。本研究为一个开放的二期临床研究,旨在评价PEC-Encap的安全性、耐受性和有效性。另外一项NCT的临床实验(NCT),该药物被移植到皮下的动脉中,30天之后,胰岛的组织就会被移植。该3年的临床实验结束于3名病人的征召。

四:结尾总结

总之,干细胞为治疗糖尿病病人开辟了一条新的新途径。新的胶囊技术、免疫调节技术、干细胞分化技术以及遗传编辑技术的综合运用,将为糖尿病病人提供全新的细胞疗法。

我们坚信,无论发生什么事情,都会面临着挑战与障碍。我们坚信,干细胞疗法一定会战胜一切障碍,并最终取得成功。

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