冻梨网科学家首次从干细胞中分化出功能齐全的胰岛β细胞

科学家首次从干细胞中分化出功能齐全的胰岛β细胞

科学家首次从干细胞中分化出功能齐全的胰岛β细胞

干细胞修复糖尿病之路还有多远?科学家们一直在探索干细胞用于修复糖尿病的可能,如今,新的研究已经可以实现从干细胞中分化出与正常人类胰岛非常相似的胰腺β细胞,让干细胞距离实现真正意义上的“治愈”更进了一步。

胰岛素与糖尿病,可以说是千百年来的“朋友”了。 作为人体内的重要激素,胰岛素“先天不足”或“后天缺陷”都是糖尿病发生的根本驱动因素,也是糖尿病恶化的决定性因素。 尤其是Ⅰ型糖尿病,每天不得不依靠外源性胰岛素来维持生命,虽然医学上可以通过器官供者的胰腺β细胞来恢复患者胰岛素分泌,但想要治愈一名糖尿病患者至少需要两名供者的β细胞。 “治愈”变得难上加难,于是,科学家们又把目光盯在了新兴的再生医学领域。随着再生医学的火热发展,科学家们一直试图利用干细胞再生出功能性β细胞,然而,由于干细胞产生的β细胞还不成熟,对胰岛素分泌的调节能力较差,让临床试验迟迟无法得到突破。 近日,芬兰赫尔辛基大学的一个研究团队终于取得了开拓性进展。他们首次证实了干细胞能够形成在结构和功能上都非常接近正常胰岛的β细胞,优化了干细胞胰岛β细胞的功能,这对胰岛素依赖性糖尿病患者来说意义非凡,并有望彻底打破糖尿病的“不愈”神话。

△ 来自干细胞的人胰岛的功能、代谢和转录成熟 01、干细胞分化出与正常胰岛非常相似的β细胞人类多能干细胞 (hPSC)中产生功能性胰腺β细胞,是干细胞干预糖尿病研究的主要目标。 干细胞衍生的β细胞可以解决从供体胰岛进行移植修复的种种局限性,并能够作为模型系统地来了解导致各种形式糖尿病的致病机制。 在该项研究中,研究者们开发了用于生成功能性SC胰岛的优化协议,并全面比较了SC胰岛和原代人类成人胰岛,以系统地量化它们的异同。 通过深入的功能分析、细胞生理学分析、代谢追踪试验scRNA转录组数据,在6周的体外成熟和6个月的小鼠移植过程中,展示了代谢程序的时间获得和有助于β细胞功能的基因调控变化成熟。

△ 干细胞衍生的 β 细胞的转录成熟 总之,研究者们提供了一个可靠生成生理相关SC胰岛的协议,其细胞结构和功能类似于成人原代胰岛。 此外,在研究中提出的多方面分析方式被认为是将成熟的SC胰岛与人类初级成人胰岛进行基准测试的该领域的“黄金标准”,这种综合分析与精细分化方案的结合将指导产生进一步改进的SC胰岛,用于建模β细胞功能障碍、药物筛选目的和细胞替代方法,扩大研究对疾病机制和干预可能性的理解糖尿病。

△ β细胞(绿色)产生激素胰岛素 论文共同第一作者、赫尔辛基大学的研究人员表示,“在我们的研究中,胰岛素分泌在由干细胞产生的细胞中得到了正常的调节,而且这些细胞对葡萄糖水平变化的反应甚至比从器官供者身上分离出来的作为对照的胰岛更好。” 这证明了干细胞衍生的β细胞的功能,在他们的小鼠试验中干细胞衍生的β细胞正在有效地控制着小鼠体内的葡萄糖代谢,发挥着正常的功能。

02、干细胞,让糖尿病“治愈”更进一步 随着再生医学的发展,人类已经开始将研究推向了更微观的细胞层面,尝试着从根本上找到疾病的解决办法。 糖尿病就是其中之一。导致糖尿病的根本原因就是胰岛素的分泌异常,重建或者再生胰岛β细胞成为了彻底变革糖尿病修复的重要因素,而干细胞也早被尝试应用在这里,为疾病干预提供新的策略。 干细胞具有着强大的组织再生功能,回输到糖尿病患者体内,可以诱导胰腺组织的干细胞分化成为新的胰岛β细胞,并且能够调节胰岛微环境增强血供,促进患者提捏胰岛β细胞的稳定增殖。 另外,干细胞还可以分泌促血管新生因子,如细胞因子、血管内皮生长因子,分化为成熟的血管内皮细胞,促进胰岛血管形成,增加局部供氧及营养成分,并为β细胞提供微环境,促进β细胞增生 。 当然,也不止这些,干细胞还具有免疫调节的功效,能减少树突细胞白细胞介素10、白细胞介素12、γ-干扰素、肿瘤坏死因子α的分泌,抑制树突细胞的成熟和B、T淋巴细胞的增殖、分化,增加T细胞抗炎因子白细胞介素4的产生,加强抑制性T调节细胞的作用,减弱自然杀伤细胞的作用,发挥抗炎作用,减轻对胰岛β细胞的破坏。 也正是因为干细胞的这些特殊功效,让干细胞不仅在控制糖尿病上表现优异,更在糖尿病的多种并发症中同样发挥着可控的作用。

△ 糖尿病的并发症涉及全身几乎所有组织器官 比如糖尿病常见的心血管疾病,干细胞可以通过促进血管内皮细胞增生形成血管壁,有助于血管再生修复;在糖尿病足中,干细胞的加入不仅新生了受损组织细胞,还可以改善足部血液供应情况,对恢复足部溃疡至关重要;而在糖尿病常见的视网膜病变中,干细胞更是发挥了它的再生修复、免疫调节、旁分泌机制,有效改善视网膜血管渗透情况,在多项临床研究中得到了安全有效性验证。 干细胞用于调理糖尿病,已经在大量的临床研究案例中得到了验证,尽管我国目前干细胞用于修复糖尿病还处于起步阶段,这其中的干预机制还有待进一步探索和验证,但显而易见的是,我们的科学家们正在快速的扩大临床研究,希望能够早日造福更多患者。 写在最后 再生医学的飞速发展,正在变革着疾病的干预方式,甚至让更多难治性疾病找到了“治愈”的可能。未来,相信不止是糖尿病,更多疑难性、难治性疾病的干预模式也在接受着这个新挑战,期待再生医学的更多突破!

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