科學(xué)家在體外重構(gòu)小鼠“人工胰島”

中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心曾藝研究組在實驗小鼠中開展實驗，成功鑒定了小鼠胰島中的干細(xì)胞類群，并借助干細(xì)胞體外培養(yǎng)的方法，獲得了有功能的小鼠“人工胰島”（ 胰島類器官），為下一步人體“人工胰島” 的研究提供了理論依據(jù)和技術(shù)支持。

糖尿病是威脅人類健康的三大主要慢性非傳染性疾病之一，中國的糖尿病患者數(shù)量已達(dá)全球4.3 億總病患數(shù)的1/4。因為胰島β 細(xì)胞功能失常導(dǎo)致胰島素分泌不足，許多患者需要終生使用胰島素進(jìn)行治療。近年來，胰島移植作為新興的糖尿病治療方法取得了一定的成功，但供體胰島的嚴(yán)重不足極大限制了這種方法的普及。如何源源不斷地獲得可用于移植的胰島β 細(xì)胞？一種思路是利用器官或組織自身的成體干細(xì)胞，在體外“仿造”有類似功能的器官。器官特有的成體干細(xì)胞會遵循“天然” 的分化路徑，在體外合適的培養(yǎng)條件下通過自我更新和分化，形成該器官的功能細(xì)胞。這類基于成體干細(xì)胞獲得的“人工” 器官，其安全性、操作簡單性已在腸道等多個系統(tǒng)中得到驗證。但是，胰島中是否存在成體干細(xì)胞一直飽受爭議，發(fā)現(xiàn)并鑒定胰島干細(xì)胞是培養(yǎng)功能性胰島類器官的先決條件，也是長期難題。

研究人員在小鼠中開展實驗，在尋找胰島中成體干細(xì)胞的過程中，他們在實驗小鼠身上發(fā)現(xiàn)了一群新的細(xì)胞類別——Procr+ 細(xì)胞。在確認(rèn)這群細(xì)胞與其它已知的胰島分化細(xì)胞截然不同，可能處于未分化的狀態(tài)后，研究人員通過實驗發(fā)現(xiàn)，Procr+ 細(xì)胞在體內(nèi)正常生理狀態(tài)下可以分化形成胰島的全部細(xì)胞類型，證明這群Procr+細(xì)胞是胰島中的成體干細(xì)胞。

為進(jìn)一步把體內(nèi)的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化成為體外的應(yīng)用，研究人員建立了一種Procr+ 胰島干細(xì)胞與血管細(xì)胞共培養(yǎng)的3D 培養(yǎng)體系，成功獲得有功能的小鼠胰島類器官。在體外“復(fù)刻” 的“人工胰島” 包含胰島所有的細(xì)胞類型，與真正的小鼠胰島在功能、形態(tài)等方面都非常相似，能夠迅速地響應(yīng)糖刺激、分泌胰島素。這種小鼠胰島類器官能夠在體外代代“繁衍” 到20 代以上，每次傳代保持3 ～7倍的細(xì)胞數(shù)目增長，即一個“人造” 器官每一周傳一代，每代可以“繁衍” 3~7 個“后代”。當(dāng)把這些長期培養(yǎng)的類器官移植到糖尿病小鼠模型體內(nèi)，小鼠的血糖水平恢復(fù)，糖尿病病征減輕，展示了Procr+ 胰島干細(xì)胞的應(yīng)用潛力。

該研究首次鑒定了小鼠胰島中成體干細(xì)胞的“身份”，回答了長期以來成體胰島是否存在干細(xì)胞這一爭議性問題，是干細(xì)胞基礎(chǔ)研究的重大突破。這項工作建立的小鼠胰島類器官的培養(yǎng)體系，能夠作為體外的模型，研究生理及病理條件下胰島細(xì)胞的增殖、分化及其與微環(huán)境的相互作用。該研究為將來能在體外獲得大量有功能的人的胰島β 細(xì)胞開拓了新的思路。需要說明的是，目前的研究成果還只是在小鼠模型上取得了成功，人體的胰島中是否也存在成體干細(xì)胞，是否也能在體外培養(yǎng)成胰島，還有待進(jìn)一步的探索和研究。