基因|干细胞在糖尿病领域展望：MSCs到iPSCs，再生医学的自我颠覆之路( 四 ) 并发症|免疫系统|高血糖

随着细胞工程技术的发展，目前主要有两种制备途径通过iPSCs获取胰岛β细胞，其中发展较为成熟的是胰腺祖细胞（PP细胞）移植，但PP细胞往往需要数月时间才能在体内分化出足量的胰岛β细胞发挥功能，临床扩展较为有限。另一种方法是在体外分化产生胰岛β细胞，其优势是可以迅速获取大量可用的胰岛β细胞，临床转化更有优势，目前临床批准进度也走在较为前。尽管成绩喜人，但需要更多努力去解决胰岛β细胞的局限性，包括：β细胞功能不成熟、免疫原性以及体内存活率低等问题。
△ 可用的β细胞来源及临床研究进展
近十余年，用iPSCs衍生的功能性β细胞基本策略是重演胚胎时期多能干细胞分化的主要路径：形成明确的内胚层，然后胰腺内胚层，再到内分泌前体细胞（祖细胞）并最终形成胰岛细胞。
△ 胰腺由外分泌和内分泌区域组成。每个胰岛都含有分泌胰岛素的β细胞，以及其他分泌激素的内分泌细胞(α、δ、epsilon和PP细胞) 。 “中心”细胞是β细胞的一个亚群，协调胰岛细胞在葡萄糖刺激后协同释放胰岛素。内分泌细胞不是孤立存在的，而是存在于各种细胞组成的小生境中：包括基质细胞、神经细胞、内皮细胞和血管周细胞
事实上，机体内胰岛β细胞不是独立存在的，其功能的维持高度依赖于胰岛复杂的细胞结构。比如，由于基础胰岛素分泌量和葡萄糖刺激下最大胰岛素分泌量下降，分离态的β细胞跟完整结构中的细胞相比，其葡萄糖刺激下的胰岛素分泌功能较为低下。
△ 胰岛中的细胞主要由α细胞， β细胞， δ细胞和pp细胞组成。其中 α细胞占20％，分泌胰高血糖素；β细胞占高达70％，分泌胰岛素；δ细胞占10％，分泌“生长抑素”；pp细胞数量很少，分泌胰多肽
因此体外制备胰岛β细胞时，必须考虑如何重建“胰岛细胞与细胞的接触”和“胰岛与微环境交流”的结构，使之更紧密地再现对β细胞功能至关重要的局部微环境的相互作用，完善胰岛β细胞功能的成熟。创建适合的细胞移植环境：胰岛β细胞“封装技术”最具潜力
除去构建胰岛细胞的“微环境” ，还有技术障碍是由于人体免疫系统攻击，使得胰岛β细胞移植后在患者体内很难存活。比如，临床胰岛移植（CIT）试验观察到移植后超过一半的注入类胰岛受到急性损伤；肝脏胰岛注射由于严重的炎症反应和的胰岛血运重建不足也会导致胰岛细胞死亡和大量损失。但与全组织移植不同，胰岛β细胞移植的位置选择和植入参数具有较大的灵活性。可从两个方向来提高胰岛β细胞存活率，包括寻找更合适的移植位点及基于生物材料的辅助手段。目前，相较于肝门静脉，临床前和临床研究已经采用大量试验基于肝外部位植入，例如皮下和网膜等。尽管这些移植位点具有特殊优势，但绝大部分都未能达到理想的移植条件。比如皮下部位虽然易于植入、监测和取回，但血管通达性差，且依然具有免疫原性反应。
△ 胰岛皮下移植的工作机制及后续发展
因此，科研界提出一种新的设想：既能发挥胰岛细胞分泌作用，又能避开免疫系统攻击，无疑大大提高治愈 T1DM的可能性。基于该设想，基于生物材料构造“胰岛细胞微囊”技术由此诞生。思路大同小异，即采用组织工程的方法把iPSCs衍生的胰岛β细胞包裹到特殊生物材料（如水凝胶）制备的“微型胶囊”装置内，既隔绝自身免疫系统对植入β细胞的排异反应，也允许葡萄糖、胰岛素和氧气等物质在细胞里自由进出。同时，可避免iPSCs临床前试验研究中最严重的问题：畸胎瘤的形成。随着分化方案的完善和耐用封装设备的使用，该问题一定程度上可得到解决。
△ 移植位点的选择及生物材料的使用
虽然实际操作过程面临技术实现手段问题，但仍有临床实验产品推出。全球干细胞衍生胰岛β细胞“封装产品”开发典范属ViaCyte公司，已开发出ESCs定向分化的胰腺内胚层祖细胞植入体内后慢慢分化成胰岛素β细胞，从而分泌胰岛素调节血糖。该公司今年6月获得4500万美金融资，目前D轮融资总额超过1.15亿美金。
△ 测试的产品是封装设备（Encaptra）和胰腺内胚层祖细胞产品（PEC-01）的组合。两种尺寸的封装设备（En-250、En-20）已经被评估， 2019年10月ViaCyte发布PEC-Direct针对 T1DM初步I/II期临床疗效数据，细胞有效植入 T1DM患者体内后，可分泌出胰岛素