近日，中科院大連化學物理研究所研究員秦建華團隊首次利用類器官芯片，建立了人誘導多能干細胞(hiPSC)來源的肝—胰島類器官互作體系，在體外模擬人體肝臟—胰島軸及其在生理和病理條件下的糖刺激響應(yīng)，突破了現(xiàn)有傳統(tǒng)研究模型的局限，為糖尿病等復雜代謝性疾病研究和新藥發(fā)現(xiàn)等提供了新策略和新技術(shù)。相關(guān)研究發(fā)表于《先進科學》。
盡管目前已有細胞和動物模型用于糖尿病研究，但仍缺少能夠反映人體復雜器官間關(guān)聯(lián)作用的研究體系。研究中，秦建華團隊將類器官與器官芯片前沿技術(shù)相結(jié)合，特色性構(gòu)建了一種由人多能干細胞衍生的肝—胰島類器官互作體系。在分區(qū)設(shè)計的微陣列芯片上實現(xiàn)了肝、胰島類器官的動態(tài)培養(yǎng)和相互作用研究，類器官功能維持長達一個月。
研究發(fā)現(xiàn)，這種共培養(yǎng)體系有利于維持肝和胰島類器官的活性，并促進肝和胰島類器官的分泌功能增強，提高器官特異性的功能基因和蛋白表達。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，該體系中肝類器官P450酶代謝通路和胰島類器官中的糖酵解/糖異生通路表達升高，提示這種體系有助于提升肝和胰島類器官的糖調(diào)控功能。
后續(xù)，糖耐量試驗結(jié)果顯示，在進餐后血糖濃度條件作用下，肝臟類器官對糖的利用率升高，胰島類器官的糖刺激后胰島素分泌功能增強。當進一步施加高糖濃度條件后，肝和胰島類器官出現(xiàn)明顯的線粒體損傷和葡萄糖轉(zhuǎn)運功能下降等異常改變。結(jié)果提示，這種肝—胰島類器官互作體系可反映類似人體生理和病理情況下的血糖調(diào)控特點，并模擬2型糖尿病的主要病理特征。團隊進一步在該體系中加入常用降糖藥二甲雙胍，顯示該藥物可明顯改善由高糖條件引起的肝和胰島病理損傷，提示這種新型類器官互作芯片體系在疾病模擬和藥物評價等方面的可行性和應(yīng)用前景。(記者卜葉)
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