美國賓夕法尼亞大學佩雷爾曼醫(yī)學院和哈佛大學工程與應用科學學院的科學家開發(fā)出一種電子植入系統(tǒng)，能通過電信號監(jiān)測并影響人類胰島細胞發(fā)育成熟的過程。這一成果為構建真正功能成熟的人源胰島提供了關鍵技術平臺，也為未來基于細胞的糖尿病療法提供了新思路。相關論文發(fā)表于最新一期《科學》雜志。
團隊在實驗室培養(yǎng)的正在生長的胰腺組織中嵌入一層超薄導電網狀結構，使電子裝置與生物組織緊密結合。這一系統(tǒng)就能記錄胰島細胞產生的電信號，還能向細胞施加精確電刺激，從而影響其發(fā)育過程。
這種裝置既可稱為“仿生”，也可稱為“賽博類器官”，即電子系統(tǒng)與活體組織共同組成一個可被調控的生物系統(tǒng)。
研究團隊表示，這一思路其實并不陌生，例如用于治療神經系統(tǒng)疾病的深部腦刺激技術，本質上也是通過電信號調節(jié)人體器官功能。
在1型糖尿病中，免疫系統(tǒng)會攻擊胰島細胞，使其失去分泌胰島素的能力。對部分患者來說，替代受損細胞通常需要胰腺或胰島移植，但供體稀缺且術后需長期使用免疫抑制藥物。因此，在實驗室培養(yǎng)功能完善的胰腺組織被視為一種潛在替代方案。
此次研究中，團隊在發(fā)育中的三維胰腺類器官內部植入一張可拉伸的電子網。這種結構比頭發(fā)絲還細，被放置在細胞層之間，隨后細胞聚集形成胰島。借助該裝置，研究人員能在長達2個月的時間里記錄單個胰島細胞的電活動，并觀察其成熟過程。
團隊隨后為這些細胞引入類似人體生物鐘的24小時電活動周期。結果發(fā)現(xiàn)，經過數(shù)天節(jié)律刺激后，細胞能自行維持這種周期活動，并在合適時間分泌激素。
這一過程不僅改變了單個細胞的電行為，也促進了細胞之間的協(xié)同工作，使其更接近天然胰島的功能狀態(tài)。
研究團隊認為，這項技術未來可能有兩種應用方式：一種是先通過電刺激“訓練”實驗室培養(yǎng)的胰島細胞，再將其移植到患者體內；另一種則是在移植后保留電子網狀結構，用于持續(xù)監(jiān)測并適度刺激細胞，以防其在壓力或疾病影響下功能退化。
