ノースウェスタン大学の研究者らは、慢性膵炎を患う人々に将来的に切望されている救済策を提供できる可能性がある新たな抗酸化生体材料を開発した。
の 研究が発表された 本日（6月7日）Science Advances誌に掲載されました。
外科医は、重度で痛みを伴う慢性膵炎の患者から膵臓を摘出する前に、まず膵島と呼ばれるインスリン産生組織の塊を採取し、肝臓の血管系に移植する。移植の目的は、インスリン注射をしなくても患者が自分の血糖値をコントロールする能力を維持することである。
残念なことに、この手術では膵島の 50～80% が意図せず破壊され、患者の 3 分の 1 が手術後に糖尿病になります。手術後 3 年で患者の 70% がインスリン注射を必要としますが、これには体重増加、低血糖、疲労など一連の副作用が伴います。
新しい研究では、研究者らは膵臓から膵島を肝臓ではなく大網（腸を覆う大きくて平らな脂肪組織）に移植した。また、膵島にとってより健康的な微小環境を作り出すために、研究者らは体温にさらされると液体からゲルに急速に変化する、本質的に抗酸化作用と抗炎症作用を持つ生体材料を使って膵島を大網に接着した。
マウスと非ヒト霊長類を使った研究では、このゲルは酸化ストレスと炎症反応を効果的に予防し、移植された膵島の生存率を大幅に向上させ、機能を維持しました。これは、移植された膵島の機能を維持するために合成抗酸化ゲルが使用された初めての事例です。
「膵島移植は長年にわたって改善されてきたが、長期的な結果は依然として悪い」とノースウェスタン大学の ギレルモ・A・アメール研究を率いた研究者は次のように語っています。「代替ソリューションが明らかに必要です。私たちは、膵島機能をサポートする微小環境を提供する最先端の合成材料を開発しました。動物でテストしたところ、成功しました。膵島機能が最大限に維持され、血糖値が正常に戻りました。動物が必要とするインスリンの単位数も減少したと報告しています。」
「この新しいアプローチにより、患者が慢性膵炎の身体的痛みと糖尿病の合併症のどちらかを選ぶ必要がなくなることを願っています」と付け加えた。 ジャクリーン・バークノースウェスタン大学の生物医学工学研究助教授であり、この論文の筆頭著者。
再生工学の専門家であるアミールは、ノースウェスタン大学のダニエル・ヘイル・ウィリアムズ生物医学工学教授です。 マコーミック工学部外科教授 ノースウェスタン大学ファインバーグ医学部 の創設ディレクター 先端再生工学センター。
「生活の質の低下」
膵臓のない患者にとって、血糖値の管理などの副作用は生涯にわたる闘いとなる可能性があります。膵島はブドウ糖に反応してインスリンを分泌することで、体が血糖値をコントロールするのを助けます。膵島が機能しない場合、患者は血糖値を注意深く監視し、頻繁にインスリンを注射しなければなりません。
「機能する膵島なしで生活することは、患者にとって大きな負担となります」とバーク氏は言う。「炭水化物の計算、適切なタイミングでのインスリン投与、そして血糖値の継続的な監視を学ばなければなりません。これには多くの時間と精神力を費やします。細心の注意を払っても、外因性インスリン療法は膵島ほど血糖コントロールの維持には効果的ではありません。血糖値が基準値を超えた患者は、失明や切断などの合併症を発症します。私たちの目標は、この生体材料で膵島を保存し、患者が糖尿病のない普通の生活を送ることができるようにすることです。」
「生活の質が損なわれます」とアミール氏は言う。「何度もインスリンを注射する代わりに、できるだけ多くの膵島を採取して保存したいと思っています。」
1/3
膵臓を失った後に糖尿病になる患者の割合
しかし残念なことに、膵島を保存する現在の標準治療は、往々にして悪い結果をもたらします。膵臓を摘出する手術の後、外科医は膵臓から膵島を分離し、門脈注入によって肝臓に移植します。この門脈内灌流処置には、いくつかの一般的な合併症があります。血流に直接接触する膵島は炎症反応を起こし、膵島の半分以上が死滅し、移植された膵島は肝臓で危険な血栓を引き起こす可能性があります。これらの理由から、医師と研究者は代替の移植部位を探してきました。
これまでの臨床研究では、研究者らは凝固の問題を回避するために、膵島を肝臓ではなく大網に移植した。膵島を大網に固定するために、医師らは患者自身の血液から得た血漿を使用して生物学的ゲルを形成した。移植部位としては肝臓よりも大網のほうが適しているように思われたが、血栓や炎症などいくつかの問題は残った。
「研究者や医学界では、膵島移植の代替部位を見つけることに大きな関心が寄せられています」とアミール氏は言う。「大網研究の結果は有望でしたが、結果はまちまちでした。これは、患者の血液の使用と、生物学的ゲルを作成するために必要な追加成分が、患者間の再現性に影響を与える可能性があるためだと考えています。」
クエン酸溶液
膵島を保護し、治療結果を改善するために、アミール氏は自身の研究室で開発された、本来の抗酸化特性を持つクエン酸ベースの生体材料プラットフォームに目を向けました。米国食品医薬品局が筋骨格手術用に承認した製品に使用されているクエン酸ベースの生体材料は、体の炎症反応を制御する能力があることが実証されています。アミール氏は、生分解性で温度に反応して相変化する特性を持つこれらの生体材料のバージョンが、血液から得られる生物学的ゲルよりも優れた代替品となるかどうかの調査に着手しました。
私たちのゲルは周囲の組織に吸収され、痕跡をほとんど残しません」
ギジェルモ・アメール
生体工学エンジニア
細胞培養では、クエン酸ベースのゲル内に保存されたマウスおよびヒトの膵島は、他の溶液内の膵島よりもはるかに長く生存能力を維持しました。膵島はグルコースにさらされるとインスリンを分泌し、正常な機能を示しました。細胞培養を超えて、アミールのチームは小型および大型の動物モデルでゲルをテストしました。室温では液体であるこの材料は、体温でゲルに変化するため、塗布が簡単で、簡単に所定の位置に留まります。
動物実験では、ゲルは動物の大網に膵島を効果的に固定した。現在の方法と比較して、より多くの膵島が生き残り、時間の経過とともに動物の血糖値は正常に戻った。アミール氏によると、この成功は部分的には新素材の生体適合性と抗酸化特性によるものだという。
「膵島は酸素に非常に敏感です」とアミール氏は言う。「膵島は酸素が少なすぎる場合も多すぎる場合も影響を受けます。この物質が本来持つ抗酸化作用が細胞を保護します。自分の血液から採取した血漿では、同じレベルの保護は得られません。」
組織への統合
約3か月後、生体適合性ゲルの80～90％が体内に吸収されました。しかし、その時点では、もはやゲルは必要なくなりました。
「興味深いのは、膵島が血管を再生したことです」とアミール氏は言う。「体は膵島と体を再接続するために新しい血管のネットワークを生成しました。血管は膵島を生かして健康に保つので、これは大きな進歩です。一方、私たちのゲルは周囲の組織に吸収され、ほとんど痕跡を残しません。」
アミール氏は次に、このハイドロゲルを動物モデルで長期間にわたってテストすることを目指している。同氏は、この新しいハイドロゲルは、糖尿病治療用の幹細胞由来のベータ細胞など、さまざまな細胞補充療法にも使用できる可能性があると述べた。
「相変化クエン酸高分子が膵島の酸化による損傷と戦い、膵島の移植と大網内での機能を可能にする」という研究は、米国国防総省と国立科学財団の支援を受けて行われた。
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#抗酸化ジェルが膵臓摘出後の膵島機能を維持
2024-06-07 18:01:07