近日，中國科學院分子細胞科學卓越創新中心曾藝研究組在實驗小鼠中開展實驗，成功鑒定了小鼠胰島中的干細胞類群，并借助干細胞體外培養的方法，獲得了有功能的小鼠“人工胰島”（ 胰島類器官），為下一步人體“人工胰島”的研究提供了理論依據和技術支持。該研究成果于北京時間3月19日發表于《細胞》。
糖尿病是威脅人類健康的三大主要慢性非傳染性疾病之一，中國的糖尿病患者數量已達全球4.3億總病患數的1/4。因為胰島β細胞功能失常導致胰島素分泌不足，許多患者需要終生使用胰島素進行治療。近年來，胰島移植作為新興的糖尿病治療方法取得了一定的成功，但供體胰島的嚴重不足極大限制了這種方法的普及。如何源源不斷地獲得可用于移植的胰島β細胞？一種思路是利用器官或組織自身的成體干細胞，在體外“仿造”有類似功能的器官。器官特有的成體干細胞會遵循“天然”的分化路徑，在體外合適的培養條件下通過自我更新和分化，形成該器官的功能細胞。這類基于成體干細胞獲得的“人工”器官，其安全性、操作簡單性已在腸道等多個系統中得到驗證。但是，胰島中是否存在成體干細胞一直飽受爭議，發現并鑒定胰島干細胞是培養功能性胰島類器官的先決條件，也是長期難題。
研究人員在小鼠中開展實驗，在尋找胰島中成體干細胞的過程中，他們在實驗小鼠身上發現了一群新的細胞類別——Procr+細胞。在確認這群細胞與其它已知的胰島分化細胞截然不同，可能處于未分化的狀態后，研究人員通過實驗發現，Procr+細胞在體內正常生理狀態下可以分化形成胰島的全部細胞類型，證明這群Procr+細胞是胰島中的成體干細胞。
為進一步把體內的發現轉化成為體外的應用，研究人員建立了一種Procr+胰島干細胞與血管細胞共培養的3D培養體系，成功獲得有功能的小鼠胰島類器官。在體外“復刻”的“人工胰島”包含胰島所有的細胞類型，與真正的小鼠胰島在功能、形態等方面都非常相似，能夠迅速地響應糖刺激、分泌胰島素。這種小鼠胰島類器官能夠在體外代代“繁衍”到20代以上，每次傳代保持3～7倍的細胞數目增長，即一個“人造”器官每一周傳一代，每代可以“繁衍”3~7個“后代”。當把這些長期培養的類器官移植到糖尿病小鼠模型體內，小鼠的血糖水平恢復，糖尿病病征減輕，展示了Procr+胰島干細胞的應用潛力。
該研究首次鑒定了小鼠胰島中成體干細胞的“身份”，回答了長期以來成體胰島是否存在干細胞這一爭議性問題，是干細胞基礎研究的重大突破。這項工作建立的小鼠胰島類器官的培養體系，能夠作為體外的模型，研究生理及病理條件下胰島細胞的增殖、分化及其與微環境的相互作用。該研究為將來能在體外獲得大量有功能的人的胰島β細胞開拓了新的思路。需要說明的是，目前的研究成果還只是在小鼠模型上取得了成功，人體的胰島中是否也存在成體干細胞，是否也能在體外培養成胰島，還有待進一步的探索和研究。
據悉，該項成果得到中科院、國家自然科學基金委、科技部、上海市科委及中心所長基金等的經費支持。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2020.02.048
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