胰岛胶囊化技术

        俗话说，良药苦口。中药通常都是熬成汤汁，刚入口时往往难以下咽；而西医中的口服药往往做成胶囊形式，可以有效解决这一难题。这一思路也可以借鉴到细胞治疗领域。

        糖尿病是一种常见疾病，其中I型糖尿病约占5-10%。美国约有150万I型糖尿病人，全球这一数字约为2000万。I型糖尿病由病人自身免疫系统攻击胰腺β细胞引起。胰腺β细胞是人体分泌胰岛素的细胞，它的缺失导致血糖水平异常。

        胰岛素注射是I型糖尿病人最常见的治疗方式，但不能完美模拟正常机体胰岛素水平随血糖浓度变化的动态调节。目前国际公认的根治I型糖尿病的疗法是胰岛移植。然而，该技术有两大制约因素，一是胰岛来源不足，而是接受移植的病人需要终身服用免疫抑制剂，进而增加器官损伤、感染和患癌的风险。

        异种移植（例如猪胰岛）和人胚胎干细胞分化来源的胰腺β细胞可以解决胰岛来源不足的问题。然而，这两种细胞都面临免疫排斥的问题。利用胶囊化（encapsulation）技术，将移植的胰岛细胞包裹在胶囊内，在移植物和受体之间建立一道屏障，可以避免引起免疫排斥反应。

        细胞胶囊化的概念可以追溯到1933年。1980年，Lim等人发现胶囊化的胰岛组织在免疫功能正常动物体内存活时间可以延长到3周，而未进行胶囊化处理的胰岛组织只能存活8天，首次证实了胶囊化对移植细胞存活的促进作用。

        理想的胰岛胶囊化装置应当具备以下特征：丰富的血流供应，以保证胶囊内细胞的存活；胰岛素的分泌量能响应机体血糖水平的变化；生物相容性；既限制受体免疫细胞攻击胶囊内的胰岛细胞，同时也阻止胶囊内细胞进入机体其他部位。

        根据大小的不同，细胞胶囊可以进一步分为微胶囊（microencapsulation）和大胶囊（macroencapsulation）两种类型。微胶囊尺寸较小，一般只包含单个细胞或胰岛，因此具有较大的表面积/体积比，有利于氧气及营养物质的交换。它的不足之处在于过小的尺寸限制了胶囊膜厚度及孔径大小的可变范围，同时增加体内示踪的难度。大胶囊在设计上有更大的灵活性，但中间部位的细胞面临氧气和营养物质供应不足的问题。

        胶囊的材料是影响生物相容性的关键因素。不相容的材料会引起周围组织的纤维化，抑制胰岛胶囊装置和机体进行胰岛素、氧气和营养物质的交换。藻朊酸盐是制造胶囊的主要材料。目前的研发方向集中在提高产品纯度和产品中古罗糖醛酸/甘露糖醛酸的比例。另外，某些化学修饰可以进一步改善材料的生物相容性。

        胰岛胶囊装置一般移植到腹腔、皮下或网膜，而这些部位血管密度都不高。胰腺β细胞代谢非常旺盛，对氧气和营养物质的需求很大。除了通过设计胶囊的厚度、孔径及大小以增加表面积/体积比，还有一些措施可以增加移植装置的血液供应。一种常见的做法是在将要植入的部位预先埋入导管，以诱导周围组织生成新血管，然后在将胰岛胶囊装置植入该部位。另外，间充质干细胞共移植也能增加血供，促进胰岛细胞的存活。

        目前国际上利用胰岛胶囊化技术治疗I型糖尿病的代表性公司是美国的ViaCyte，位于加州圣地亚哥市。ViaCyte开发了一款名为Encaptra的单层膜胶囊装置，里面包裹的细胞是人胚胎干细胞分化成的胰腺β细胞。