浙大团队发明人胰岛细胞及胰岛类器官新技术,胰岛前体细胞纯度高达90%以上,并且具有生理功能
“至今还记得第一只糖尿病小鼠(细胞移植后)血糖恢复至正常水平的那天,现在依然能感受到当时的激动。回顾开展体内实验的那两三年,可以用‘山重水复疑无路,柳暗花明又一村’来形容。论文发表后,一些糖尿病患者及其家属来信鼓励我们,这应该就是我们无数次失败后依然坚持的原因,以及在面对困难的日子里继续努力的动力。未来会进一步优化该系统,全力推进其临床转化,希望尽早造福庞大的糖尿病患者群体。”浙江大学生命科学研究院祝赛勇研究员表示。
胰腺分化系统此前曾面临“三座大山”
人多能干细胞向胰腺分化这一研究领域,虽然“年轻”但却发展迅速。2001 年,科学家首次报道人多能干细胞可以自发随机分化获得类胰岛 β 细胞,但是这种干细胞的随机分化过程并不可控,而且效率非常低。不过,这一研究也提示科学家们可以利用干细胞来定向获得胰岛 β 细胞。
到 2006 年,科学家凯文·阿穆尔(Kevin A. D’Amour)等人首次报道了一个“五步分化法”:通过诱导人多能干细胞分化获得产生胰岛素的内分泌细胞。此后,该领域进入快速发展时代,研究者们通过不断优化分化方法,来提高获得胰岛 β 细胞的效率及其生理功能。
尤其是在 2014-2015 年,哈佛大学教授道格拉斯 A. 梅尔顿(Douglas A. Melton)、哥伦比亚大学教授蒂莫西·基弗(Timothy Kieffer)和加州大学教授马蒂亚斯·赫布罗克(Matthias Hebrok)等团队,也公布了胰岛 β 细胞诱导方法,这对胰腺分化领域起到了巨大推动作用。最近几年,胰腺分化领域也有许多不错的研究进展。
但是,即便有这些前期研究,胰腺分化系统仍然非常具有挑战性,主要体现在操作难度大、分化时间长、体系稳定性相对较低等三方面。这给药物开发和科学研究,都带来很大挑战和困难。
有意思的是,在干细胞向胰岛 β 细胞的分化过程中,会经历一个胰岛前体细胞阶段(Pancreatic progenitor, PP),这一阶段的细胞具备自我更新和增殖能力。如果能将分化获得的人胰岛前体细胞在体外培养扩增,形成一个细胞系,就可以简化分化过程、降低分化难度,进而缩短分化时间,最终让胰腺分化过程更加可控和稳定。
之前,并没有一个能够既稳定、又能长期培养干细胞来源的人胰岛前体细胞的体系。基于此,祝赛勇和团队开展了上述研究。
纯度高达 90%,还可传至 35 代以上
“并且,非常惊喜的是将人胰岛 β 细胞移植到糖尿病小鼠体内,可以快速改善小鼠的糖尿病症状。因此,我们的工作首次建立了一种人胰岛前体细胞长期、稳定培养的体系,可以帮助大规模长期扩增 ePP 细胞,而且获得的 ePP 细胞可以高效分化为具有生理功能的胰岛 β 细胞,在细胞疗法、疾病模型、药物筛选和基础研究等方面具有广泛的应用前景。”他说。
两月左右发现小分子,体内实验却耗时两年之久
但是,按起葫芦起来瓢,第二个问题接踵而至:当时并没有适合培养干细胞来源的人胰岛前体细胞的体系。因此,实验室第一个学生马晓洁从化学小分子筛选入手,希望借此找到好用的化合物,从而建立合适的人胰岛前体细胞培养体系。幸运的是,后面仅用两个月,他们就发现了 I-BET151 这个小分子具有显著的效果。通过反复验证,最终确定了此次论文的人胰岛前体细胞的培养条件。随后,在对 ePP 细胞完成体外功能鉴定之后,开始进行小鼠体内实验。然而,体内实验的开展并不顺利,耗时两年多之久,占据整个课题超过一半的人力物力。
他说:“曾经一度非常沮丧,也想过是不是要放弃体内实验的部分。尽管有一百次想要放弃,还是会有一百零一次想要再坚持一下。后来,领域内陆续发表的工作和一些朋友的建议给了我们很多指引和帮助,就这样站在巨人的肩膀上,我们陆续解决了困扰的问题,也收获了巨大的成就感和喜悦。最后,在整个团队齐心协力和不懈坚持下,相关体内实验证明 ePP 分化获得的胰岛 β 细胞,在小鼠体内可以改善糖尿病症状。”
后续,他和团队准备利用 ePP 系统构建糖尿病相关的疾病模型,研究其致病机理,并通过化学小分子筛选来寻找新型药物。此外,还打算利用 ePP 系统来筛选促进胰岛 β 细胞功能成熟的小分子化合物,不断提高获得的胰岛 β 细胞的生理功能,促进胰岛再生领域的发展。
来源:麻省理工科技评论
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