第一型糖尿病的可行性療法

細胞治療自從美國食品藥物管理局通過針對急性淋巴細胞白血病的嵌合抗原受體T細胞治療(CAR-T Therapy)之後,變成一種很流行的治療方法,而且細胞治療對於癌症治療的發展代表著一個重要的里程碑,另一方面而言,細胞治療也成為針對第一型糖尿病的一種可行性的治療方法.根據美國糖尿病協會的統計,在2018年總共有3420萬美國人被診斷為糖尿病,其中160萬人診斷為第一型糖尿病,並且糖尿病協會預估美國每年會有六萬四千人被診斷第一型糖尿病,直到2050年為止,科學家和醫師預估將會有500萬美國人被診斷為第一型糖尿病.而診斷糖尿病的方法,目前分為兩種不同方法:糖化血色素測量和血糖測量.一般來說,糖化血色素可以檢測出在過去2-3個月內人體平均血糖狀況,糖化血色素的標準以5.7%和6.4%做為區隔,低於5.7%為正常,介於5.7%和6.4%為糖尿病前期,而高於6.4%為糖尿病; 而血糖測量的方法又分為三種:隨機血糖測試,禁食血糖測試和糖耐量測試.隨機血糖測試是指未禁食血糖測量,而血糖低於200 mg/dL為正常,高於則為糖尿病;禁食血糖測試:血糖測量的前一晚開始禁食,而血糖標準以100 mg/dL和125 mg/dL為區隔,低於100mg/dL為正常,介於100 mg/dL和125 mg/dL為糖尿病前期,高於125 mg/dL為糖尿病; 最後是糖耐量測試為前一晚開始禁食,於測量前飲用50克葡萄糖液,並持續測量血糖變化,最高血糖若低於140 mg/dL為正常,介於140 mg/dL和200 mg/dL之間為糖尿病前期,高於200 mg/dL則診斷為糖尿病.

四種關於糖尿病的測量方法與標準

第一型糖尿病為一種自體免疫疾病;第一型糖尿病患者的免疫系統無法辨識自身的胰島細胞並且攻擊摧毀他.在人體中,胰臟對於血糖的平衡扮演著一個重要的角色,胰臟可以分泌兩種不同的賀爾蒙,升糖素(alpha細胞)和胰島素(beta細胞)來調控血糖.當血糖過低時,胰臟會分泌升糖素來提高血糖,而血糖過高時,則分泌胰島素來降低血糖.然而第一型糖尿病病人的胰臟由於自體免疫的因素而失去調節血糖的功能.餐後胰島素的注射以降低高血糖是第一型糖尿病患者的日常生活,而高血糖的情形,也會逐漸導致心血管相關疾病.至今為止,科學家致力於發展兩種可行的治療方法: 細胞療法和人造胰臟.

胰臟中有三種細胞分別為alpha細胞,beta細胞和delta細胞,其中alpha細胞分泌升糖素,而beta細胞富則分泌胰島素.而在第一型糖尿病病患中,alpha細胞和beta細胞都因自體免疫而死亡,失去調控血糖的功能

細胞療法是一個簡單的想法來解決第一型糖尿病,可以移植正常胰臟細胞來取代被攻擊死亡的細胞,然而這些移植細胞還是會被病患的免疫系統攻擊而再次死亡.為了解決這個問題,科學家們利用細胞包裹技術來保護細胞免於免疫系統的攻擊.在2015年,康乃爾大學的Minglin Ma教授的團隊,利用水凝膠來包裹細胞和奈米纖維提供物理性質強度,並於2018年,開發可量產和方便取出的裝置來提供可行的細胞治療.這兩種裝置的共同設計是利用水凝膠材料保護細胞,防止身體中的抗體攻擊,並且提供良好的物質傳送使養分,氧氣甚至胰島素從裝置中擴散至人體中.另一種方式,人造胰臟,可以分為兩種方式釋放胰島素和升糖素,化學控制方式和電子控制方式.在化學控制中,一個化學合成水凝膠利用物理性質的改變來釋放胰島素和升糖素,舉例來說,在2020年,Zhen Gu教授的團隊在UCLA研發出雙重輸送胰島素和升糖素的微針(microneedle)輸送系統來調控病患的血糖. 儘管這些聰明的水凝膠/聚合物可以針對血糖高低來釋出相對應的賀爾蒙,然而其輸送方式為物質擴散,並無法即時對身體有任何效果.在電子控制方式,可以利用電子儀器即時地監測血糖,並針對血糖變化注射胰島素或升糖素,其唯一的缺點是埋在身體的針需要每2-3天更換.總結,不管是細胞療法或人工胰臟,這些都是在未來成為可行的治療方式,或是可以有效的“治癒”第一型糖尿病.

水凝膠可以保護細胞防止免疫系統的攻擊,也可以讓胰島素,升糖素擴散到人體,達到血糖調控的目的

Reference:

  1. Centers for Disease Control and Prevention (CDC), Nataional Diabetes Statistics Report, 2020
  2. American Diabetes Association, Statistics About Diabetes
  3. D. An et al. Developing robust, hydrogel-based, nanofiber-enabled encapsulation devices (NEEDs) for cell therapies, Biomaterials 2015
  4. D. An et al. Designing a retrievable and scalable cell encapsulation device for potential treatment of type 1 diabetes, Proceedings of the National Academy of Sciences 2018
  5. Z. Wang et al. Dual self-regulated delivery of insulin and glucagon by a hybrid patch, Proceedings of the National Academy of Sciences 2020

Jason(Yen-Chun) Lu, All right reserved.

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