Durch die Kombination von zwei leistungsstarken Technologien, Wissenschaftler nehmen an diabetes-Forschung auf eine ganz neue Ebene. In einer Studie von der Harvard University Kevin Kit Parker, Mikrofluidik und human, insulin-produzierenden beta-Zellen integriert wurden, in einer „Insel-on-a-Chip.“ Das neue Gerät macht es einfacher für Wissenschaftler um Bildschirm insulin-produzierenden Zellen vor der Transplantation in einen Patienten, test, insulin-stimulierende verbindungen, und das Studium der grundlegenden Biologie von diabetes.
Das design der Insel-on-a-Chip-wurde inspiriert durch die Bauchspeicheldrüse, die Inseln von Zellen („Inselchen“) erhalten Sie einen kontinuierlichen Strom von Informationen über die glucose-Spiegel aus dem Blut, und passen Sie Ihre insulin-Produktion, wie gebraucht.
„Wenn wir wollen, um diabetes zu Kurieren, müssen wir die Wiederherstellung einer person, die eigene Fähigkeit zu machen und zu liefern insulin“, erklärt Douglas Melton, Xander University Professor für Stammzell-und Regenerative Biologie und co-Direktor des Harvard Stem Cell Institute (HSCI). „Beta-Zellen, die in der Bauchspeicheldrüse haben die Aufgabe, die Messung von Zucker und Sekretion von insulin, und Sie in der Regel tun dies sehr gut. Aber bei diabetes-Patienten sind diese Zellen nicht richtig funktionieren. Nun, wir können Stammzellen verwendet, um gesunde beta-Zellen für Sie. Aber wie bei allen Transplantationen, gibt es eine Menge beteiligt, um zu gewährleisten, dass kann sicher arbeiten.“
Vor der Transplantation von beta-Zellen in einen Patienten, Sie müssen getestet werden, um zu sehen, ob Sie ordnungsgemäß funktionieren. Die aktuelle Methode, dies zu tun ist basierend auf der Technologie aus den 1970er Jahren: geben Sie die Zellen, Glukose zu entlocken eine insulin-Reaktion, sammeln von Proben, hinzufügen von Reagenzien und Durchführung von Messungen, um zu sehen, wie viel insulin vorhanden ist, in jedem. Der manuelle Prozess so lange dauert zu laufen und zu interpretieren, dass viele ärzte geben, auf die es insgesamt.
Das neue, automatisierte, Miniatur-Gerät gibt die Ergebnisse in Echtzeit, die beschleunigen kann die klinische Entscheidungsfindung.
„Unser Gerät ordnet Inseln in separaten Zeilen, liefert einen Impuls von glucose zu jeder gleichzeitig, und erkennt, wie viel insulin produziert wird,“ sagte Aaron Glieberman, co-erste Autor auf dem Papier und Ph. D.-Kandidat in der Parker-Labor. „Es Paare, die Glukose-stimulation und insulin-Erkennung in den gleichen Fluss Weg, also kann es geben, einen Arzt verwertbare Informationen, schnell. Das design verwendet auch Materialien, die zugänglich sind in einem größeren Maßstab Produktion, was bedeutet, mehr Menschen werden in der Lage, es zu benutzen.“
„Die Insel-on-a-Chip ermöglicht es uns, zu überwachen, wie gespendet oder hergestellte Inselzellen sind Freisetzung von insulin, als Zellen im Körper können“, sagte Parker, Tarr Familien-Professor von Biotechnik und Angewandte Physik an der Harvard-Universität. „Das heißt, wir können erhebliche Fortschritte in Richtung Zell-Therapien für diabetes. Das Gerät macht es einfacher Bildschirm-Medikamente, die stimulieren die Insulinsekretion, test-Stammzell-abgeleitete beta-Zellen und die Untersuchung der grundlegenden Biologie der Inseln. Es gibt keine andere Qualität-control-Technologie gibt, die es tun können, so schnell und so genau.“
Das Harvard Office of Technology Development hat eingereichte Patentanmeldungen in Bezug auf diese Technologie, und aktiv erkunden Kommerzialisierung Möglichkeiten.
„Es war spannend zu sehen, wie unsere lab-Methode zur Messung der islet-Funktion vorwärts aus einzelnen Zellen in viel größeren Gruppen von Zellen, und eingebaut in ein Gerät, das verwendet werden kann, weit verbreitet in der Gemeinschaft,“, sagte co-Autor Michael Roper von der Florida State University, dessen Labor konzentriert sich auf die grundlegende Biologie der Inseln. „Jetzt haben wir ein Gerät, das die Integration der Glukose Lieferung, Insel Positionierung und capture-Reagenz mischen, und insulin-Erkennung, und erfordert weit weniger Reagenzien. So labs können es verwenden, um mehr Experimente zu den gleichen Kosten, mit einer viel kürzeren und leichter Prozess.“
„Mein Hauptinteresse ist in diabetes selbst-alle Erwachsenen in meiner Familie haben Typ-2-diabetes, und das ist der Grund, warum ich verfolgt die Wissenschaft als eine Karriere“, sagte Benjamin Pope, co-erste Autor der Studie und ein postdoctoral fellow in der Parker-Labor. „Ich bin wirklich gespannt zu sehen, diese Technik verwendet, in der diabetes-Forschung und-transplantation screening, weil Sie es ermöglicht, zelluläre Therapien für diabetes.
„Es ist auch eine schöne integration von vielen verschiedenen Technologien,“ Papst “ Hinzugefügt. „Die Physik hinter der automatischen Insel-trapping, der Mikrofluidik, der real-time-sensor und der Biochemie zugrunde liegt, dass es die Elektronik der Datenerfassung und-Komponenten auch die software. Die gesamte Einrichtung und Betrieb system-Integration so viele Dinge aus verschiedenen Bereichen, die ich gelernt, eine Tonne in den Prozess.“
Abgesehen von seiner Anwendung auf diabetes, das Gerät hat Versprechen für die Verwendung mit anderen Geweben und Organen. „Wir können ändern, die core-Technologie zur sense-Funktion in einer Reihe von microphysiological-Systeme“ Hinzugefügt Glieberman. „Mit der Fähigkeit zu erkennen, Zelle, sekret kontinuierlich, wir wollen es einfacher machen, zu erforschen, wie Zellen mit protein-Signale zu kommunizieren. Diese Technologie kann schließlich entwickeln sich neue Einblicke in die dynamischen Metriken der Gesundheit für die sowohl die Diagnostik und Behandlung.“