近日，中國科學院大連化學物理研究所微流控晶片研究組研究員秦建華團隊利用類器官晶片，建立了人誘導多能幹細胞（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，為糖尿病等複雜代謝性疾病研究和新藥發現等提供了新策略和新技術。
糖尿病發病率逐年上升，威脅人類健康。人體內糖穩態調控受多種組織影響，包括腦、胰腺、肝臟和肌肉等，其中肝臟和胰島在血糖調控過程中存在複雜的功能聯絡，在機體糖穩態調控中發揮重要作用。胰島分泌的激素（如胰高血糖和胰島素）可透過調控肝糖的合成和分解，維持體內血糖穩態的平衡。調控作用失衡往往引起體內血糖水平失調及代謝紊亂，並可導致2型糖尿病（T2DM）發生。儘管目前已有細胞和動物模型用於糖尿病研究，但仍缺少能夠反映人體複雜器官間關聯作用的研究體系。
該工作中，科研人員將類器官與器官晶片前沿技術結合，構建了由人多能幹細胞衍生的肝-胰島類器官互作體系。在分割槽設計的微陣列晶片上實現了肝、胰島類器官的動態培養和相互作用研究，類器官功能維持可長達1個月。研究發現，該共培養體系有利於維持肝和胰島類器官活性，並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，提示該體系有助於提升肝和胰島類器官的糖調控功能。後續糖耐受實驗（GTT）結果顯示，在近餐後血糖濃度條件作用下（11mM），肝臟類器官對糖的利用率升高，胰島類器官的糖刺激後胰島素分泌（GSIS）功能也增強。當進一步施加高糖濃度條件後（25mM)，肝和胰島類器官出現明顯的線粒體損傷和葡萄糖轉運功能下降等異常改變。結果提示，該肝-胰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控特點，並模擬2型糖尿病的主要病理特徵。進一步地，科研人員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，提示該新型類器官互作晶片體系在疾病模擬和藥物評價等方面的可行性和應用前景。
該研究首次利用類器官晶片技術，在體外再現了人體肝臟-胰島的互動作用特點及其在生理和病理條件下的糖調控響應，為2型糖尿病等複雜代謝性疾病研究和藥物開發等提供了新的策略和技術。
相關研究成果以Microengineered Multi-Organoid System from hiPSCs to Recapitulate Human Liver-Islet Axis in Normal and Type 2 Diabetes為題，發表在《先進科學》（Advanced Science）上。研究工作得到中科院戰略性先導科技專項A類“器官重建與製造”和國家自然科學基金等專案的支援。
大連化物所利用類器官晶片實現人體肝臟-胰島互作仿生模擬
來源：中國科學院大連化學物理研究所
【來源：中科院之聲】
