“至今還記得第一只糖尿病小鼠（細胞移植后）血糖恢復至正常水平的那天，現在依然能感受到當時的激動。回顧開展體內實驗的那兩三年，可以用‘山重水復疑無路，柳暗花明又一村’來形容。論文發(fā)表后，一些糖尿病患者及其家屬來信鼓勵我們，這應該就是我們無數次失敗后依然堅持的原因，以及在面對困難的日子里繼續(xù)努力的動力。未來會進一步優(yōu)化該系統，全力推進其臨床轉化，希望盡早造福龐大的糖尿病患者群體。”浙江大學生命科學研究院祝賽勇研究員表示。

浙大團隊發(fā)明人胰島細胞及胰島類器官新技術，胰島前體細胞純度高達90%以上，并且具有生理功能-肽度TIMEDOO圖 | 祝賽勇（來源：祝賽勇）
近日，他和團隊研發(fā)出一種干細胞分化人胰島細胞及胰島類器官新技術，相關論文以《人可擴增胰島前體細胞衍生的 β 細胞改善糖尿病》（Human expandable pancreatic progenitor–derived β cells ameliorate diabetes）為題，發(fā)表在?Science Advances?上 [1]。
浙大團隊發(fā)明人胰島細胞及胰島類器官新技術，胰島前體細胞純度高達90%以上，并且具有生理功能-肽度TIMEDOO
圖 | 相關論文（來源：Science Advances）

胰腺分化系統此前曾面臨“三座大山”

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胰島移植是糖尿病治療中一個非常有前景的療法，目前人胰島的供體來源主要是遺體捐贈，供體非常短缺且存在免疫排斥，這極大限制著細胞療法在臨床中的推廣和普及。由于人多能干細胞具備較強的自我增殖和分化潛能，因此在細胞治療中展現出巨大的應用前景。

人多能干細胞向胰腺分化這一研究領域，雖然“年輕”但卻發(fā)展迅速。2001 年，科學家首次報道人多能干細胞可以自發(fā)隨機分化獲得類胰島 β 細胞，但是這種干細胞的隨機分化過程并不可控，而且效率非常低。不過，這一研究也提示科學家們可以利用干細胞來定向獲得胰島 β 細胞。

到 2006 年，科學家凱文·阿穆爾（Kevin A. D’Amour）等人首次報道了一個“五步分化法”：通過誘導人多能干細胞分化獲得產生胰島素的內分泌細胞。此后，該領域進入快速發(fā)展時代，研究者們通過不斷優(yōu)化分化方法，來提高獲得胰島 β 細胞的效率及其生理功能。

尤其是在 2014-2015 年，哈佛大學教授道格拉斯 A. 梅爾頓（Douglas A. Melton）、哥倫比亞大學教授蒂莫西·基弗（Timothy Kieffer）和加州大學教授馬蒂亞斯·赫布羅克（Matthias Hebrok）等團隊，也公布了胰島 β 細胞誘導方法，這對胰腺分化領域起到了巨大推動作用。最近幾年，胰腺分化領域也有許多不錯的研究進展。

但是，即便有這些前期研究，胰腺分化系統仍然非常具有挑戰(zhàn)性，主要體現在操作難度大、分化時間長、體系穩(wěn)定性相對較低等三方面。這給藥物開發(fā)和科學研究，都帶來很大挑戰(zhàn)和困難。

有意思的是，在干細胞向胰島 β 細胞的分化過程中，會經歷一個胰島前體細胞階段（Pancreatic progenitor, PP），這一階段的細胞具備自我更新和增殖能力。如果能將分化獲得的人胰島前體細胞在體外培養(yǎng)擴增，形成一個細胞系，就可以簡化分化過程、降低分化難度，進而縮短分化時間，最終讓胰腺分化過程更加可控和穩(wěn)定。

之前，并沒有一個能夠既穩(wěn)定、又能長期培養(yǎng)干細胞來源的人胰島前體細胞的體系?；诖?，祝賽勇和團隊開展了上述研究。

浙大團隊發(fā)明人胰島細胞及胰島類器官新技術，胰島前體細胞純度高達90%以上，并且具有生理功能-肽度TIMEDOO
（來源：Science Advances）
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純度高達 90%，還可傳至 35 代以上

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該工作利用祝賽勇團隊擅長的化學小分子篩選技術，發(fā)現了 I-BET151 這一小分子可以促進胰島前體細胞的培養(yǎng)和擴增。將胰島前體細胞加入包含該小分子的培養(yǎng)基中，前者的純度高達 90% 以上，不僅能穩(wěn)定地凍存和復蘇，還能在傳至 35 代以上依然維持前體細胞特性和分化能力。祝賽勇團隊將這些擴增出來的人胰島前體細胞命名為可擴增胰島前體細胞（expandable pancreatic progenitor, ePP）。這些 ePP 細胞可以高效地分化為具有生理功能的人胰島 β 細胞。

“并且，非常驚喜的是將人胰島 β 細胞移植到糖尿病小鼠體內，可以快速改善小鼠的糖尿病癥狀。因此，我們的工作首次建立了一種人胰島前體細胞長期、穩(wěn)定培養(yǎng)的體系，可以幫助大規(guī)模長期擴增 ePP 細胞，而且獲得的 ePP 細胞可以高效分化為具有生理功能的胰島 β 細胞，在細胞療法、疾病模型、藥物篩選和基礎研究等方面具有廣泛的應用前景。”他說。

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（來源：Science Advances）
在將論文投稿到?Science Advances?后，編輯部第二天就送審。隨后，三位審稿人的意見反饋回來，整體都非常積極。有一位審稿人認為該研究非常有趣，并且將給糖尿病領域帶來重要影響。此外，對方還點贊了文章數據，認為呈現得非常有條理和專業(yè)。還有一位審稿人用“l(fā)eapfrog”來形容，他/她認為該工作對整個領域來說是一種飛躍，跨過昂貴、冗長的干細胞分化環(huán)節(jié)，而是從更接近胰島 β 細胞的前體細胞進行分化，實驗操作也更簡便，達到了非常好的分化效果，所展示的體內功能也令人印象深刻。

兩月左右發(fā)現小分子，體內實驗卻耗時兩年之久
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事實上，早在祝賽勇研究員做博后期間，他就對胰腺分化方向非常感興趣，并且取得了一系列重要研究成果。因此，2015 年底回國成立自己的實驗室之后，他毫不猶豫地把胰腺分化這一非常具有臨床應用前景的方向作為首個課題。
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（來源：Science Advances）
立項之初，他計劃先在實驗室建立干細胞向胰島 β 細胞的分化體系，但是當時進展并不順利，學生做實驗也感覺挑戰(zhàn)度很大，獲得的胰島 β 細胞效率很低。為解決這一問題，祝賽勇團隊及時改變策略，計劃先將胰島前體細胞擴增培養(yǎng)起來，之后再分化到胰島 β 細胞。

但是，按起葫蘆起來瓢，第二個問題接踵而至：當時并沒有適合培養(yǎng)干細胞來源的人胰島前體細胞的體系。因此，實驗室第一個學生馬曉潔從化學小分子篩選入手，希望借此找到好用的化合物，從而建立合適的人胰島前體細胞培養(yǎng)體系。幸運的是，后面僅用兩個月，他們就發(fā)現了 I-BET151 這個小分子具有顯著的效果。通過反復驗證，最終確定了此次論文的人胰島前體細胞的培養(yǎng)條件。隨后，在對 ePP 細胞完成體外功能鑒定之后，開始進行小鼠體內實驗。然而，體內實驗的開展并不順利，耗時兩年多之久，占據整個課題超過一半的人力物力。
浙大團隊發(fā)明人胰島細胞及胰島類器官新技術，胰島前體細胞純度高達90%以上，并且具有生理功能-肽度TIMEDOO
（來源：Science Advances）
由于各種原因，做完移植手術的免疫缺陷小鼠非常難以存活。如果小鼠不能存活，就不能長期追蹤細胞在體內的生理功能。但是，如果換成具有一定免疫力的小鼠，移植的細胞就會被免疫排斥。當時，祝賽勇團隊試遍所有方法，做了一年多仍然收獲甚微。

他說：“曾經一度非常沮喪，也想過是不是要放棄體內實驗的部分。盡管有一百次想要放棄，還是會有一百零一次想要再堅持一下。后來，領域內陸續(xù)發(fā)表的工作和一些朋友的建議給了我們很多指引和幫助，就這樣站在巨人的肩膀上，我們陸續(xù)解決了困擾的問題，也收獲了巨大的成就感和喜悅。最后，在整個團隊齊心協力和不懈堅持下，相關體內實驗證明 ePP 分化獲得的胰島 β 細胞，在小鼠體內可以改善糖尿病癥狀?！?
浙大團隊發(fā)明人胰島細胞及胰島類器官新技術，胰島前體細胞純度高達90%以上，并且具有生理功能-肽度TIMEDOO圖 | 祝賽勇團隊（來源：祝賽勇）
在應用前景上祝賽勇表示：首先，由于 ePP 細胞培養(yǎng)和擴增非常高效，可以進行 2D 和 3D 培養(yǎng)和分化，這為開展藥物篩選提供了有利條件，比如可以結合干細胞和基因編輯技術來構建糖尿病相關的疾病模型，利用 ePP 系統篩選潛在的治療糖尿病的新型藥物；其次，ePP 細胞作為人胰腺細胞，也可作為測試藥物的細胞工具；最后，ePP 分化胰島 β 細胞的過程不僅高效而且可控，可給細胞治療提供潛在的無限細胞來源。

后續(xù)，他和團隊準備利用 ePP 系統構建糖尿病相關的疾病模型，研究其致病機理，并通過化學小分子篩選來尋找新型藥物。此外，還打算利用 ePP 系統來篩選促進胰島 β 細胞功能成熟的小分子化合物，不斷提高獲得的胰島 β 細胞的生理功能，促進胰島再生領域的發(fā)展。

來源：麻省理工科技評論