在I型糖尿病中，機(jī)體免疫系統(tǒng)對(duì)胰島β細(xì)胞進(jìn)行了無(wú)情的破壞，因?yàn)樗e(cuò)誤地將它們認(rèn)為是外來(lái)入侵者。這些胰島β細(xì)胞部分或完全失去了產(chǎn)生胰島素的功能，造成體內(nèi)胰島素絕對(duì)缺乏，引起了血糖水平持續(xù)升高，于是糖尿病出現(xiàn)了。
近日，科學(xué)家利用組織工程學(xué)方法在實(shí)驗(yàn)室中對(duì)人類(lèi)胰島細(xì)胞進(jìn)行改造，使其能夠形成循環(huán)系統(tǒng)，并分泌胰島素等激素，還能成功治療小鼠突發(fā)的1型糖尿病。日前，日本橫濱市立大學(xué)（Yokohama City University， YCU）的研究人員開(kāi)發(fā)出一種稱(chēng)為“自我凝結(jié)”（self-condensation）的生物工程培養(yǎng)方法，讓不同組織碎片中的細(xì)胞自動(dòng)凝結(jié)生成具備血循環(huán)系統(tǒng)的組織。
這項(xiàng)研究已發(fā)表在5月8日的《Cell Reports》上，由美國(guó)辛辛那提兒童醫(yī)院醫(yī)療中心和日本橫濱市立大學(xué)(YCU)合作完成。
對(duì)于1型糖尿病患者來(lái)說(shuō)，由于分泌胰島素的胰島受到損傷，他們需要終身接受胰島素治療來(lái)控制病情，不能及時(shí)接受胰島素注射可能危及他們的生命。因此，開(kāi)發(fā)出一種長(zhǎng)期有效的治療方式將會(huì)造福全球上百萬(wàn)兒童和成年患者。
辛辛那提兒童醫(yī)院干細(xì)胞和類(lèi)器官醫(yī)學(xué)中心的內(nèi)科專(zhuān)家Takanori Takebe說(shuō)：“這種方法可能會(huì)成為1型糖尿病的主要治療策略，目前每年有79000人被診斷患有這種疾病。這是一種會(huì)一直存在的威脅生命的疾病，所以開(kāi)發(fā)出有效且永久的治療方法將幫助全世界數(shù)百萬(wàn)的兒童和成年人患者?！?/span>
Takebe同時(shí)也在YCU的再生醫(yī)學(xué)系兼任工作。他強(qiáng)調(diào)，在將該技術(shù)應(yīng)用于臨床之前，還需要進(jìn)行額外的研究。
擺脫自然的方式
研究人員用捐贈(zèng)的人體器官細(xì)胞（胰臟，心臟，大腦等）、小鼠器官細(xì)胞和誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPS）測(cè)試其處理系統(tǒng)。從成年細(xì)胞（比如皮膚細(xì)胞）重編程得到的iPS細(xì)胞可以像胚胎細(xì)胞一樣起作用，在體內(nèi)形成各種類(lèi)型的組織。
這種組織工程方法還使用了兩種處于胚胎階段的祖細(xì)胞，它們能支持身體和特定器官的形成。祖細(xì)胞是間充質(zhì)干細(xì)胞(MSN)和人臍血管內(nèi)皮細(xì)胞(HUVEC)。
研究人員將捐獻(xiàn)的器官細(xì)胞、小鼠細(xì)胞或iPS細(xì)胞與MSN、HUVEC以及其他的遺傳和生化材料結(jié)合到一起，來(lái)實(shí)現(xiàn)胰島細(xì)胞的形成。在能夠?yàn)榧?xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)的環(huán)境中，這些成分會(huì)凝縮并自發(fā)組織成為胰島。將組織工程化的胰島移植到患有嚴(yán)重1型糖尿病的人源化小鼠模型之后，小鼠的疾病被治愈了。
被植入小鼠體內(nèi)七天的生物工程胰島（綠色）已經(jīng)形成了血管網(wǎng)絡(luò)（紅色），并且能分泌胰島素。圖片來(lái)源：辛辛那提兒童醫(yī)院
血源的挑戰(zhàn)
在治療中，人類(lèi)胰島已經(jīng)可以被移植到糖尿病患者體內(nèi)。不幸的是，移植成功率目前還很低，因?yàn)橐浦驳慕M織失去了血管化和血液供應(yīng)。這使得接受移植手術(shù)的患者很難獲得最大的健康益處。
盡管基于干細(xì)胞的組織工程學(xué)技術(shù)具有巨大的治療潛力，但是它的臨床應(yīng)用仍然面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，比如確保植入的組織能夠得到充足的血液供應(yīng)。
Taniguchi說(shuō)：“我們需要一種策略通過(guò)及時(shí)地建立血管網(wǎng)絡(luò)來(lái)確保移植的成功。在我們的這項(xiàng)研究中表明，這種自凝縮細(xì)胞培養(yǎng)系統(tǒng)能夠促進(jìn)組織的血管化?！?/span>
該研究中的組織工程化的胰島不僅能夠在被植入患有1型糖尿病的小鼠體內(nèi)快速產(chǎn)生血管網(wǎng)絡(luò)，它還能夠作為內(nèi)分泌系統(tǒng)的一部分高效運(yùn)轉(zhuǎn)，分泌出胰島素等激素，并能夠穩(wěn)定小鼠的血糖控制。
Takebe和Taniguchi的研究團(tuán)隊(duì)在過(guò)去已經(jīng)展示利用iPS細(xì)胞的“自凝縮”細(xì)胞培養(yǎng)過(guò)程，組織工程化三維人類(lèi)肝臟類(lèi)器官，并在移植到實(shí)驗(yàn)室小鼠體內(nèi)后形成血管。但研究人員稱(chēng)，在這項(xiàng)研究之前，生成能夠在體內(nèi)產(chǎn)生血管的器官組織（比如胰島）仍然是一個(gè)困難的目標(biāo)。
我們期待這一研究成果也能適合人體，盡快為糖尿病患者帶來(lái)福音。
參考文獻(xiàn)：
[1] Self-Condensation Culture Enables Vascularization of Tissue Fragments for Efficient Therapeutic Transplantation
[2]Tissue-engineered human pancreatic cells successfully treat diabetic mice
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