在I型糖尿病中，機體免疫系統(tǒng)對胰島β細胞進行了無情的破壞，因為它錯誤地將它們認為是外來入侵者。這些胰島β細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，科學家利用組織工程學方法在實驗室中對人類胰島細胞進行改造，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（Yokohama City University， YCU）的研究人員開發(fā)出一種稱為“自我凝結”（self-condensation）的生物工程培養(yǎng)方法，讓不同組織碎片中的細胞自動凝結生成具備血循環(huán)系統(tǒng)的組織。
這項研究已發(fā)表在5月8日的《Cell Reports》上，由美國辛辛那提兒童醫(yī)院醫(yī)療中心和日本橫濱市立大學(YCU)合作完成。
對于1型糖尿病患者來說，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控制病情，不能及時接受胰島素注射可能危及他們的生命。因此，開發(fā)出一種長期有效的治療方式將會造福全球上百萬兒童和成年患者。
辛辛那提兒童醫(yī)院干細胞和類器官醫(yī)學中心的內(nèi)科專家Takanori Takebe說：“這種方法可能會成為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。這是一種會一直存在的威脅生命的疾病，所以開發(fā)出有效且永久的治療方法將幫助全世界數(shù)百萬的兒童和成年人患者?！?/span>
Takebe同時也在YCU的再生醫(yī)學系兼任工作。他強調(diào)，在將該技術應用于臨床之前，還需要進行額外的研究。
擺脫自然的方式
研究人員用捐贈的人體器官細胞（胰臟，心臟，大腦等）、小鼠器官細胞和誘導多能干細胞（iPS）測試其處理系統(tǒng)。從成年細胞（比如皮膚細胞）重編程得到的iPS細胞可以像胚胎細胞一樣起作用，在體內(nèi)形成各種類型的組織。
這種組織工程方法還使用了兩種處于胚胎階段的祖細胞，它們能支持身體和特定器官的形成。祖細胞是間充質(zhì)干細胞(MSN)和人臍血管內(nèi)皮細胞(HUVEC)。
研究人員將捐獻的器官細胞、小鼠細胞或iPS細胞與MSN、HUVEC以及其他的遺傳和生化材料結合到一起，來實現(xiàn)胰島細胞的形成。在能夠為細胞提供營養(yǎng)的環(huán)境中，這些成分會凝縮并自發(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（紅色），并且能分泌胰島素。圖片來源：辛辛那提兒童醫(yī)院
血源的挑戰(zhàn)
在治療中，人類胰島已經(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，因為移植的組織失去了血管化和血液供應。這使得接受移植手術的患者很難獲得最大的健康益處。
盡管基于干細胞的組織工程學技術具有巨大的治療潛力，但是它的臨床應用仍然面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)，比如確保植入的組織能夠得到充足的血液供應。
Taniguchi說：“我們需要一種策略通過及時地建立血管網(wǎng)絡來確保移植的成功。在我們的這項研究中表明，這種自凝縮細胞培養(yǎng)系統(tǒng)能夠促進組織的血管化?！?/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，它還能夠作為內(nèi)分泌系統(tǒng)的一部分高效運轉，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的研究團隊在過去已經(jīng)展示利用iPS細胞的“自凝縮”細胞培養(yǎng)過程，組織工程化三維人類肝臟類器官，并在移植到實驗室小鼠體內(nèi)后形成血管。但研究人員稱，在這項研究之前，生成能夠在體內(nèi)產(chǎn)生血管的器官組織（比如胰島）仍然是一個困難的目標。
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福音。
參考文獻：
[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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