潘懷宗教授》植入自行供氧封裝的胰島細胞治療糖尿病

何謂「封裝胰島細胞治療」? 第1型糖尿病患者，需要自行注射胰島素來控制血糖，但仍然無法媲美活體胰臟的功能。目前，移植胰島細胞進入人體，也就是「細胞療法」(CellTherapy)，就和天然胰臟有著異曲同工之妙，但卻可以省略高難度手術和捐贈器官稀少的諸多障礙。只是，患者仍然必須服用免疫抑制藥物，以防止身體排斥所植入的異體細胞。 科學家絞盡腦汁後，於是想到，若把移植的細胞先封裝在一個生物體相容的裝置內，並使用免疫隔離膜來防止宿主免疫細胞的識別和攻擊，這樣一來，就不需要服用免疫抑制藥物，更不必忍受藥物的副作用，同時也可以讓細胞移植成功率大幅提高，這樣的技術就叫做「封裝細胞療法」(EncapsulatedCellTherapy)。此療法解決了排斥問題，可是卻又發現，由於植入的裝置畢竟與體內正常的組織不同，裡面的胰島細胞缺乏微血管系統提供氧氣，再加上，宿主的異物反應會導致植入物周圍形成緻密的纖維化包囊，進一步將它們和體內正常組織隔離，於是產生缺氧現象。缺氧就會增加失敗率和裝置的使用壽命，更重要的是，缺氧也限制了裝置內的細胞植入的密度。 自行供電/供氧解決「封裝胰島細胞治療」缺氧難題 許多嚐試都已經做過，包括裝置內含有一個氧氣艙，但顯然需要定期重新裝載氧氣，不甚理想。另外也有開發出裝置內含可以產生氧氣的化學試劑，但這些化學試劑就算撑得再久，最終也會有用完的一天。沒想到，2023年9月刷亮了大家的眼睛，麻省理工學院的克里希南教授，同時也是波士頓兒童醫院的麻醉科醫生，發表了一篇重磅論文在《美國國家科學院院刊》上，吸引了國際媒體的注意。 克里希南教授將「生物電子學」與「封裝細胞療法」互相結合，開發出全世界第一個無線、無電池、自行供電/供氧、免疫隔離胰島細胞裝置（O2-Macrodevice），由於供氧充足，故可以裝載入夠治療劑量的高密度胰島細胞（約1,000個胰島細胞/cm2），供體內使用。今天這篇論文裡面，給小鼠使用的裝置與美國25分錢幣(Quarter)大小一樣(圖1)，未來用在人體的，將會是一片口香糖的大小。 該裝置是透過分解水來產生氧氣。設備內有一個質子交換膜，這種膜可以將水蒸氣（體內大量存在）分解成氫氣和氧氣，氫氣會無害地擴散出去，氧氣則會進入儲存室，然後透過一層薄薄的透氧膜為胰島細胞提供氧氣，所以不需要任何電線或電池。啟動質子交換膜來分解水蒸氣需要一個微小電壓（大約2伏特），該電壓是透過一種稱為諧振感應耦合的現象產生的。位於體外的調諧磁性線圈將電力傳輸到設備內的小型天線，從而實現無線電力傳輸。因此需要一個外部線圈，研究人員設計將其作為貼片佩戴在患者的皮膚上。此次實驗證明了該裝置就算在生物體內周圍氧氣濃度低至0.5%的情況下，都不會讓裡面的細胞缺氧，同時可以在清醒、自由活動、無免疫抑制的糖尿病鼠皮下長期存活(目前實驗證明一個月以上)，且正常維持血糖在理想範圍內。 自行供氧封裝細胞治療技術，可用於許多其他疾病 麻省理工學院的教授們對迄今為止的進展感到興奮，且非常樂觀地認為這項技術很快就可以用在病人身上。雖然本篇的主要關注點是在糖尿病的治療上，但其實這種設備也可以用於治療其他需要重複輸送治療蛋白質的疾病上。例如:當病人缺乏某個功能蛋白質時，也可以透過將能製造該蛋白質的細胞植入，讓細胞分泌蛋白質在治療劑量範圍內，藉此消除患者對複雜給藥方案的依賴，從而改善患者的生活品質和用藥依從性，前景無限。 ▲麻省理工學院克里希南教授植入糖尿病鼠中的胰島細胞封裝裝置，該裝置能自行發電和產生氧氣。