美國賓夕法尼亞大學(xué)佩雷爾曼醫(yī)學(xué)院和哈佛大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院的科學(xué)家開發(fā)出一種電子植入系統(tǒng)，能通過電信號(hào)監(jiān)測(cè)并影響人類胰島細(xì)胞發(fā)育成熟的過程。這一成果為構(gòu)建真正功能成熟的人源胰島提供了關(guān)鍵技術(shù)平臺(tái)，也為未來基于細(xì)胞的糖尿病療法提供了新思路。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《科學(xué)》雜志。

團(tuán)隊(duì)在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的正在生長的胰腺組織中嵌入一層超薄導(dǎo)電網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使電子裝置與生物組織緊密結(jié)合。這一系統(tǒng)就能記錄胰島細(xì)胞產(chǎn)生的電信號(hào)，還能向細(xì)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(gè)可被調(diào)控的生物系統(tǒng)。

研究團(tuán)隊(duì)表示，這一思路其實(shí)并不陌生，例如用于治療神經(jīng)系統(tǒng)疾病的深部腦刺激技術(shù)，本質(zhì)上也是通過電信號(hào)調(diào)節(jié)人體器官功能。

在1型糖尿病中，免疫系統(tǒng)會(huì)攻擊胰島細(xì)胞，使其失去分泌胰島素的能力。對(duì)部分患者來說，替代受損細(xì)胞通常需要胰腺或胰島移植，但供體稀缺且術(shù)后需長期使用免疫抑制藥物。因此，在實(shí)驗(yàn)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(tuán)隊(duì)在發(fā)育中的三維胰腺類器官內(nèi)部植入一張可拉伸的電子網(wǎng)。這種結(jié)構(gòu)比頭發(fā)絲還細(xì)，被放置在細(xì)胞層之間，隨后細(xì)胞聚集形成胰島。借助該裝置，研究人員能在長達(dá)2個(gè)月的時(shí)間里記錄單個(gè)胰島細(xì)胞的電活動(dòng)，并觀察其成熟過程。

團(tuán)隊(duì)隨后為這些細(xì)胞引入類似人體生物鐘的24小時(shí)電活動(dòng)周期。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過數(shù)天節(jié)律刺激后，細(xì)胞能自行維持這種周期活動(dòng)，并在合適時(shí)間分泌激素。

這一過程不僅改變了單個(gè)細(xì)胞的電行為，也促進(jìn)了細(xì)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(tuán)隊(duì)認(rèn)為，這項(xiàng)技術(shù)未來可能有兩種應(yīng)用方式：一種是先通過電刺激“訓(xùn)練”實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的胰島細(xì)胞，再將其移植到患者體內(nèi)；另一種則是在移植后保留電子網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，用于持續(xù)監(jiān)測(cè)并適度刺激細(xì)胞，以防其在壓力或疾病影響下功能退化。