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我科學(xué)家利用成體干細胞在體外重構(gòu)小鼠“人工胰島”

來源: 光明日報   日期:2020-03-23  責(zé)編: 殷緒江  
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    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。胰島β細胞功能失常導(dǎo)致胰島素分泌不足,許多患者需要終身使用胰島素進行治療。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。記者日前獲悉,中國科學(xué)院分子細胞科學(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胞類群,并借助干細胞體外培養(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。該研究成果于北京時間3月19日在學(xué)術(shù)期刊《細胞》上發(fā)表。
    如何持續(xù)獲得可用于移植的胰島β細胞?課題組介紹,一種思路是利用器官或組織自身的成體干細胞,在體外“仿造”有類似功能的器官。器官特有的成體干細胞會遵循“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胞。這類基于成體干細胞獲得的“人工”器官,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胞一直飽受爭議,發(fā)現(xiàn)并鑒定胰島干細胞是培養(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胞的過程中,在實驗小鼠身上發(fā)現(xiàn)了一群新的細胞類別——Procr+細胞。在確認這群細胞與其他已知的胰島分化細胞截然不同,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胞類型,證明這群Procr+細胞是胰島中的成體干細胞。
    為進一步把體內(nèi)的發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)化成為體外應(yīng)用,研究人員建立了一種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,能夠迅速響應(yīng)糖刺激、分泌胰島素。并且,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至7倍的細胞數(shù)目增長,即一個“人造”器官每一周傳一代,每代可以“繁衍”3至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+胰島干細胞的應(yīng)用潛力。
    學(xué)界認為,該研究首次鑒定了小鼠胰島中成體干細胞的“身份”,回答了長期以來成體胰島是否存在干細胞這一爭議性問題,是干細胞基礎(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,能夠作為體外模型,研究生理及病理條件下胰島細胞的增殖、分化及其與微環(huán)境的相互作用,為將來在體外獲得大量有功能的人的胰島β細胞開拓了新思路。需要說明的是,目前的研究只是在小鼠模型上取得成功,人體的胰島中是否也存在成體干細胞,是否也能在體外培養(yǎng)成胰島,還有待進一步探索。




 

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