【Nature子刊】利用人工合成的新型凝胶可轻松培育出胰腺“类器官”，精确复制人体胰腺

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作者：Daisy

导读：类器官，指在实验室中利用人的干细胞培养出的微型器官，可以用于疾病的模型，用于测试药物，甚至取代患者的受损组织。要培养类器官，就得给干细胞一个适合成长的能模拟自然环境的人工环境。近日，发表在《Nature Materials》上的研究表明，一种人工合成的新凝胶，不像之前来自小鼠体内的凝胶，存在不良成分。其稳定性强，精确度高，基于聚乙二醇，可轻松制备。研究人员已经用它培养出了胰腺“类器官”，新模型可以帮助开发和测试治疗胰腺癌的潜在药物。

麻省理工学院的工程师们与英国曼彻斯特癌症研究所的科学家合作，开发了一种新的方法——利用健康或癌变的胰腺细胞来培育微小胰腺复制品。他们的新模型可以帮助研究人员开发和测试治疗胰腺癌的潜在药物，胰腺癌是目前最难治疗的癌症之一，在肿瘤领域素有“癌症之王”的称号，据柳叶刀杂志记载，胰腺癌确诊后的五年生存率约10%，是预后最差的恶性肿瘤之一。

使用可模拟胰腺周围细胞外环境的特殊凝胶，研究人员培育出了胰腺“类器官”，用以研究胰腺肿瘤与其环境之间的重要相互作用。与之前用于组织生长的一些凝胶不同，麻省理工学院的新型凝胶是完全人工合成的，易于组装，并且每次生产都能保持成分一致。

工程学院教学创新教授、生物工程和机械工程教授Linda Griffith说:“再现性是一个主要问题。研究界一直在寻找方法，对这类“类器官”进行更有条理的培养，特别是控制微环境。”

研究人员还表明，他们的新凝胶可以用于培养其他类型的组织，包括肠道和子宫内膜组织。

Griffith和英国曼彻斯特癌症研究所的组长Claus Jorgensen是这篇论文的资深作者，这篇论文刊登在《Nature Materials》上，发表了一篇题为“A microenvironment-inspired synthetic three-dimensional model for pancreatic ductal adenocarcinoma organoids”的文章。主要作者是Christopher Below，他曾是英国曼彻斯特癌症研究所的研究生。

模仿微环境

传统上，实验室使用商用化组织凝胶在实验室培养皿中培养“类器官”。然而，Griffith说，由于最广泛使用的商用凝胶是一种从小鼠肿瘤中提取的蛋白质、蛋白多糖和生长因子的复杂混合物，因此不同批次的凝胶各不相同，并且存在不良成分。它也不总是允许多种类型的细胞生长。大约10年前，Griffith的实验室开始致力于设计一种可用于生成上皮细胞的合成凝胶，这些上皮细胞与其他支持细胞一起形成排列在大多数器官上的薄片。

研究人员开发的凝胶是基于聚乙二醇（PEG），这种聚合物不与活细胞相互作用而被广泛运用于医疗领域。通过研究围绕人体器官的细胞外基质的生化和生物物理特性，研究人员就能确定引入PEG凝胶的特征以帮助细胞在其中生长。

一个关键特征是存在肽配体的分子，它们与称为整合素的细胞表面蛋白质相互作用。配体和整合素之间的粘性结合使细胞粘附在凝胶上并形成“类器官”。研究人员发现，在凝胶中加入来自纤连蛋白和胶原蛋白的小合成肽，可以使它们生长出包括肠组织在内的各种上皮组织。研究表明，被称为基质细胞的支持细胞以及免疫细胞，也可以在这种环境中茁壮成长。

在这项新的研究中，Griffith和Jorgensen想看看这种凝胶是否也能用于支持正常胰腺”类器官“和胰腺肿瘤的生长。传统上，胰腺组织很难以同时复制癌细胞和支持环境的方式生长，因为一旦胰腺肿瘤细胞从体内移除，它们就会失去其独特的癌症特征。

Griffith的实验室开发了一个生产这种新凝胶的方案，然后与研究胰腺癌生物学的Jorgensen实验室合作进行试验。Jorgensen和他的学生们能够生产这种凝胶，并利用从小鼠身上提取的健康或癌变的胰腺细胞，将其用于培养胰腺“类器官”。

Jorgensen 说：“我们从 Linda那里得到了协议，我们得到了试剂，然后它就起作用了。我认为这充分说明了该系统的健壮性，以及在实验室中实现该系统是多么容易。”

他还说，他们尝试过的其他方法过于复杂，或者无法重现活组织中的微环境。使用这种凝胶，Jorgensen的实验室能够将胰腺“类器官”与他们在活体小鼠身上研究过的组织进行比较，他们发现肿瘤”类器官”表达了许多与胰腺肿瘤相同的整合素。此外，通常围绕肿瘤的其他类型的细胞，包括巨噬细胞（一种免疫细胞）和成纤维细胞（一种支持细胞），也能够在微环境中生长。

从患者的癌细胞中培养

研究人员还表明，他们可以用他们的凝胶从患者的胰腺癌细胞中培养类器官。他们相信它也可以用于研究肺癌、结直肠癌和其他癌症。这样的系统可以用来分析潜在的癌症药物如何影响肿瘤及其微环境。

Griffith还计划用这种凝胶来生长和研究子宫内膜异位症患者的组织，子宫内膜异位症会导致子宫周围的组织在子宫外生长。这会导致疼痛，有时还会导致不孕。

这种新型凝胶的优点之一是，它完全是人工合成的，并且可以在实验室里通过混合特定的前体（包括聚乙二醇和一些多肽）来轻松制备。研究人员已经申请了这项技术的专利，并正在将其授权给一家可以商业化生产这种凝胶的公司。

参考资料：

https://medicalxpress.com/news/2021-09-pancreatic-organoids-mimic-real.html 

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。

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