近日，大連化物所微流控芯片研究組（1807組）秦建華研究員團(tuán)隊(duì)利用類(lèi)器官芯片，建立了人誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（hiPSC）來(lái)源的肝-胰島類(lèi)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?xiàng)l件下的糖刺激響應(yīng)，為糖尿病等復(fù)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)。

糖尿病是一種以慢性高血糖為主要特征的復(fù)雜性代謝疾病，其發(fā)病率逐年上升，嚴(yán)重威脅人類(lèi)健康。人體內(nèi)糖穩(wěn)態(tài)調(diào)控受多種組織的影響，包括腦、胰腺、肝臟和肌肉等，其中肝臟和胰島在血糖調(diào)控過(guò)程中存在復(fù)雜的功能聯(lián)系，在機(jī)體糖穩(wěn)態(tài)調(diào)控中發(fā)揮重要作用。胰島分泌的激素（如胰高血糖和胰島素）可通過(guò)調(diào)控肝糖的合成和分解，維持體內(nèi)血糖穩(wěn)態(tài)的平衡。當(dāng)這種調(diào)控作用失衡，往往會(huì)引起體內(nèi)血糖水平失調(diào)及代謝紊亂，并可導(dǎo)致2型糖尿?。═2DM）發(fā)生。盡管目前已有細(xì)胞和動(dòng)物模型用于糖尿病研究，但仍缺少能夠反映人體復(fù)雜器官間關(guān)聯(lián)作用的研究體系。

本工作中，秦建華研究團(tuán)隊(duì)將類(lèi)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(xì)胞衍生的肝-胰島類(lèi)器官互作體系。在分區(qū)設(shè)計(jì)的微陣列芯片上實(shí)現(xiàn)了肝、胰島類(lèi)器官的動(dòng)態(tài)培養(yǎng)和相互作用研究，類(lèi)器官功能維持可長(zhǎng)達(dá)1個(gè)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(lèi)器官的活性，并促進(jìn)肝和胰島類(lèi)器官的分泌功能增強(qiáng)，提高器官特異性的功能基因和蛋白表達(dá)。轉(zhuǎn)錄組分析顯示，該體系中肝類(lèi)器官P450酶代謝通路和胰島類(lèi)器官中的糖酵解/糖異生通路表達(dá)升高，提示這種體系有助于提升肝和胰島類(lèi)器官的糖調(diào)控功能。后續(xù)，糖耐受實(shí)驗(yàn)（GTT）結(jié)果顯示，在近餐后血糖濃度條件作用下（11mM）， 肝臟類(lèi)器官對(duì)糖的利用率升高，胰島類(lèi)器官的糖刺激后胰島素分泌（ GSIS）功能也增強(qiáng)。當(dāng)進(jìn)一步施加高糖濃度條件后（25mM)，肝和胰島類(lèi)器官出現(xiàn)明顯的線粒體損傷和葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)功能下降等異常改變。結(jié)果提示，這種肝-胰類(lèi)器官互作體系可反映類(lèi)似人體生理和病理情況下的血糖調(diào)控特點(diǎn)，并模擬2型糖尿病的主要病理特征。進(jìn)一步，團(tuán)隊(duì)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?yè)p傷，提示這種新型類(lèi)器官互作芯片體系在疾病模擬和藥物評(píng)價(jià)等方面的可行性和應(yīng)用前景。

本工作首次利用類(lèi)器官芯片技術(shù)，在體外再現(xiàn)了人體肝臟-胰島的交互作用特點(diǎn)及其在生理和病理?xiàng)l件下的糖調(diào)控響應(yīng)，突破了現(xiàn)有傳統(tǒng)研究模型的局限，為2型糖尿病等復(fù)雜代謝性疾病研究和藥物開(kāi)發(fā)等提供了新的策略和技術(shù)。

相關(guān)工作以“Microengineered Multi-Organoid System from hiPSCs to Recapitulate Human Liver-Islet Axis in Normal and Type 2 Diabetes”為題，發(fā)表在《先進(jìn)科學(xué)》（Advanced Science）上。該工作的第一作者是我所1807組博士研究生陶婷婷。上述工作得到中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)A類(lèi)“器官重建與制造”和國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。

來(lái)源：《先進(jìn)科學(xué)》