西北大学的研究人员开发出了一种新型抗氧化生物材料，有朝一日可以为患有慢性胰腺炎的人提供急需的缓解。

该研究将于 6 月 7 日发表在《科学进展》杂志上。

在外科医生从患有严重、疼痛的慢性胰腺炎的患者体内摘除胰腺之前，他们首先会采集产生胰岛素的组织簇(称为胰岛)，并将其移植到肝脏的血管中。移植的目的是让患者无需注射胰岛素就能控制自己的血糖水平。

不幸的是，这一过程无意中破坏了 50-80% 的胰岛，三分之一的患者在手术后患上糖尿病。手术后三年，70% 的患者需要注射胰岛素，这会带来一系列副作用，包括体重增加、低血糖和疲劳。

在这项新研究中，研究人员将胰腺中的胰岛移植到网膜(覆盖肠道的大型扁平脂肪组织)而不是肝脏。为了给胰岛创造更健康的微环境，研究人员用一种具有抗氧化和抗炎作用的生物材料将胰岛粘附到网膜上，这种生物材料在暴露于体温时会迅速从液体变成凝胶。

在对小鼠和非人类灵长类动物的研究中，该凝胶成功预防了氧化应激和炎症反应，显著提高了移植胰岛的存活率并保留了其功能。这标志着合成的抗氧化凝胶首次被用于保留移植胰岛的功能。

“尽管胰岛移植技术多年来一直在进步，但长期效果仍然不佳，”领导这项研究的西北大学的 Guillermo A. Ameer说道。“显然需要替代解决方案。我们设计了一种尖端合成材料，为胰岛功能提供了支持性微环境。在动物身上进行测试时，我们取得了成功。它使胰岛功能最大化，并恢复了正常的血糖水平。我们还报告了动物所需的胰岛素单位减少。”

“通过这种新方法，我们希望患者不再需要在忍受慢性胰腺炎的身体疼痛和糖尿病并发症之间做出选择，” 西北大学生物医学工程研究助理教授兼论文第一作者Jacqueline Burke补充道。

Ameer 是再生工程领域的专家，他是西北大学 麦考密克工程学院的 Daniel Hale Williams 生物医学工程教授、西北大学范伯格医学院的外科教授 ，也是先进再生工程中心 的创始主任 。

“生活质量下降”

对于没有胰腺的患者来说，控制血糖水平等副作用可能是一生的困扰。胰岛通过对葡萄糖产生反应而分泌胰岛素，帮助身体维持血糖控制。如果没有功能正常的胰岛，人们必须密切监测血糖水平并频繁注射胰岛素。

“没有功能性胰岛会给患者带来很大负担，”伯克说。“他们必须学会计算碳水化合物、在适当的时间注射胰岛素并持续监测血糖。这消耗了大量的时间和精力。即使非常小心，外源性胰岛素疗法在维持血糖控制方面也不如胰岛有效。血糖超出范围的患者会出现并发症，如失明和截肢。我们的目标是让这种生物材料保护胰岛，让患者过上正常的生活——没有糖尿病的生活。”

“这会降低生活质量，”阿米尔说。“我们不想多次注射胰岛素，而是希望收集和保存尽可能多的胰岛。”

但不幸的是，目前保存胰岛的标准护理往往会导致不良结果。在切除胰腺的手术后，外科医生会从胰腺中分离出胰岛，并通过门静脉灌注将其移植到肝脏。这种门静脉内灌注手术有几种常见的并发症。与血流直接接触的胰岛会发生炎症反应，超过一半的胰岛会死亡，移植的胰岛会导致肝脏出现危险的血栓。出于这些原因，医生和研究人员一直在寻找替代的移植部位。

在之前的临床研究中，研究人员将胰岛移植到大网膜而不是肝脏，以绕过凝血问题。为了将胰岛固定在大网膜上，医生使用患者自身血液中的血浆来形成生物凝胶。虽然大网膜作为移植部位似乎比肝脏效果更好，但仍存在一些问题，包括凝血和炎症。

“研究和医学界对寻找替代的胰岛移植部位有着浓厚的兴趣，”Ameer 说道。“网膜研究的结果令人鼓舞，但结果各不相同。我们认为这是因为使用患者的血液和制造生物凝胶所需的添加成分会影响患者的可重复性。”

柠檬酸盐溶液

为了保护胰岛并改善治疗效果，Ameer 转向了实验室开发的具有固有抗氧化特性的柠檬酸盐基生物材料平台。柠檬酸盐基生物材料用于美国食品药品管理局批准的用于肌肉骨骼手术的产品中，已证明能够控制人体的炎症反应。Ameer 着手研究这些具有可生物降解和温度响应相变特性的生物材料版本是否可以提供比从血液中提取的生物凝胶更好的替代品。

在细胞培养中，储存在柠檬酸盐凝胶中的小鼠和人类胰岛比其他溶液中的胰岛存活时间更长。当暴露于葡萄糖时，胰岛会分泌胰岛素，表现出正常功能。除了细胞培养，Ameer 的团队还在小型和大型动物模型中测试了这种凝胶。这种材料在室温下呈液态，在体温下会变成凝胶，因此使用起来很简单，而且很容易固定。

在动物研究中，凝胶有效地将胰岛固定在动物的网膜上。与目前的方法相比，更多的胰岛存活下来，随着时间的推移，动物的血糖水平恢复正常。据 Ameer 称，成功部分归功于新材料的生物相容性和抗氧化性质。

“胰岛对氧气非常敏感，”Ameer 说。“氧气太少和太多都会对它们产生影响。这种物质的天然抗氧化特性可以保护细胞。而来自你自己血液的血浆无法提供同等程度的保护。”

融入组织

大约三个月后，人体会吸收 80-90% 的生物相容性凝胶。但那时，它就不再需要了。

“令人着迷的是，胰岛再生了血管，”阿米尔说。“身体生成了新的血管网络，将胰岛与身体重新连接起来。这是一个重大突破，因为血管使胰岛保持活力和健康。与此同时，我们的凝胶只是被周围组织吸收，几乎不留下任何痕迹。”

下一步，Ameer 计划在动物模型上长期测试他的水凝胶。他说，这种新水凝胶还可以用于各种细胞替代疗法，包括用于治疗糖尿病的干细胞衍生β细胞。