糖尿病细胞疗法迎来突破：首次成功用干细胞培养出功能齐全的胰岛

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胰岛素是调控血糖浓度不可或缺的重要激素。当体内生产胰岛素的细胞——胰岛β细胞受到破坏，会引起糖尿病，患者不得不每天额外注射胰岛素来控制血糖。另一种治疗方案是移植胰岛，从脑死亡的器官捐献者中分离出胰岛β细胞，但显然资源极其有限。

图片来源：123RF

随着干细胞技术的发展，科学家们正在尝试用具有分化潜能的干细胞，在体外大量培育有功能的胰岛β细胞，然后移植到糖尿病患者体内。不过，这种细胞替代疗法在临床试验中遇到的一个挑战是，干细胞产生的β细胞尚未完全成熟，难以有效地根据体内葡萄糖变化调节胰岛素分泌。

日前，《自然》旗下子刊Nature Biotechnology发表的一篇论文中，科学家们带来了一项令人振奋的积极进展：使用优化的方案，生成了功能成熟的胰岛细胞。

芬兰赫尔辛基大学（University of Helsinki）的研究团队从功能、代谢和基因表达变化等多个方面对干细胞胰岛进行了全面评估，首次证明干细胞分化产生的胰岛与直接从动物体内分离出来的正常胰岛非常相似。

根据研究人员的描述：“在我们的研究中，胰岛素分泌受到的调节和正常细胞一样，细胞对葡萄糖水平变化的反应甚至比从用作对照的器官供体中分离的胰岛更好。”

▲由干细胞分化而成的胰岛，红色为产生胰岛素的细胞，绿色为产生胰高血糖素的细胞（图片来源：参考资料[2]；Credit：Otonkoski Lab）

研究小组在论文中介绍，他们结合先前在干细胞生成胰岛细胞的进展，以量化的方式全面比较了与原代人类成熟胰岛的相似性和差异性，设计了优化的分化方案。尤其是最后的成熟阶段，对干细胞分化胰岛的细胞结构进行了深度重组，最终使葡萄糖刺激的胰岛素分泌达到与原代成年胰岛相似的成熟水平。

研究团队分别在细胞培养物和小鼠体内进行了验证，这些由干细胞产生的β细胞可以在葡萄糖升高的条件下触发胰岛素分泌。“小鼠的血糖水平高于人类，约为8-10毫摩尔。细胞移植后，水平下降到人类的水平，大约4-5毫摩尔，并保持在这一水平。这证明干细胞分化产生的胰岛移植后能够调节小鼠的血糖水平。”负责细胞移植的研究人员Jonna Saarimäki-Vire博士说。

▲分化方案示意图（图片来源：参考资料[1]）

除了调查胰岛素分泌外，研究人员还通过细胞生理学分析、代谢示踪实验、单细胞RNA测序等，深入研究了调节胰岛素分泌的系统的功能，包括代谢和离子通道，并与体外成熟过程中基因表达发生的变化相联系。“综合分析表明，即使干细胞分化的胰岛β细胞和原代β细胞之间存在特异性代谢和转录组差异，也能在体外实现高水平的β细胞功能。”论文总结。

研究论文的通讯作者Timo Otonkoski教授指出，这项工作将有助于进一步提高干细胞胰岛的产量，以便在疾病建模和细胞治疗中有广泛的使用，为糖尿病的细胞疗法铺平道路。期待这项技术的发展和应用，帮助糖尿病患者早日迎来真正治愈的一天。

参考资料：

[1] Diego Balboa et al., (2022) Functional, metabolic and transcriptional maturation of stem cell derived beta cells. Nature Biotechnology Doi: 10.1101/2021.03.31.437748 

[2] Researchers produce fully functional pancreatic beta cells from stem cells for the first time. Retrieved Mar. 4, 2022 from https://www.helsinki.fi/en/news/healthier-world/researchers-produce-fully-functional-pancreatic-beta-cells-stem-cells-first-time

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