芯片上的人类胰腺为研究疾病开辟了新的可能性

在微流体装置中生长的有机体可以帮助患有糖尿病的患者

科学家在芯片上创造了人类胰腺，使他们能够确定导致 CF 相关性糖尿病（CFRD）的囊性纤维化（CF）频繁和致命并发症的可能原因。

根据辛辛那提儿童医院医疗中心的研究人员的说法，使用生物工程人体胰腺类器官的小型双室装置研究非 CF 相关病症（如 1 型和 2 型糖尿病）的原因可能是可行的。报告Nature Communications 的调查结果。

然而，首先，科学家们想知道他们的装置是否可以帮助 CF 患者 - 由 CFTR 基因突变引起的遗传性肺病。这种突变导致细胞表面的水和盐不平衡，从而堵塞肺部粘稠的粘液。

该研究的主要研究人员和囊性纤维化研究中心（肺部医学科）主任 Anjaparavanda Naren 博士表示，随着 CF 患者年龄的增长，患 CFRD 的风险也越来越大。更糟糕的是，直到现在还没有一种有效的方法来研究实验室中的 CFRD 以寻找更好的治疗方法。

“在实验室中，CF 的小鼠模型没有忠实地重建 CF 相关的糖尿病，并且我们无法在本研究中达到的深度研究疾病，”Naren 说。“我们的技术与人类胰腺非常相似，可能有助于我们找到治疗 CF 患者血糖不平衡的治疗措施，这与疾病和死亡的增加有关。”

体外芯片技术可用于研究具有该病症的特定个体的 CFRD 和葡萄糖失衡，从而创建在高度个性化的基础上诊断不同疾病表现的潜力。该芯片可以帮助测定不同人群的葡萄糖测量值的变异性，确定葡萄糖水平与 CFTR 突变类型的相关性，并测试小分子干预。

切入 CFTR 难题

虽然已知 CFTR 基因突变会引起囊性纤维化，但其在 CFRD 中的作用尚不清楚。为了回答这个问题，研究人员首先分离了胰腺导管上皮细胞和手术患者捐赠的胰岛。

导管类器官在称为微流体装置的透明双室中培养，该装置含有特定的生化溶液以产生胰腺上的胰腺。导管上皮细胞在顶室中培养，胰岛细胞在底室中，通过薄层多孔膜隔开，允许不同的室相互作用。

细胞生长并扩展成三维胰腺器官，模仿细胞间通讯和液体交换，类似于自然发育的人胰腺的功能。

当研究人员通过破坏 CFTR 基因表达来测试芯片上的胰腺时，它会破坏细胞与细胞的通讯，液体交换和负面影响的内分泌功能。这导致了胰岛素缺乏并重建了类似于在人胰腺中观察到的 CFRD 疾病过程，研究人员表示，这证实了 CFTR 基因在调节胰岛素分泌和引起 CF 患者糖尿病方面具有直接作用。

微流体装置自 1979年以来就已存在。但其设计和功能的创新，特别是自有机体技术出现以来，现在允许研究人员生物工程化人体器官组织并在实验室环境中模拟天然器官的功能。

下一步

研究小组，包括研究第一作者和研究助理 Kyu Shik Mun 博士，现在将在试验研究中使用这些装置来测试 FDA 批准的调节 CFTR 基因表达的药物。目标是确定不同的 CFTR 药物可以减缓或逆转实验室模拟的 CFRD。

此外，还有合作研究的作者，辛辛那提儿童胰腺护理中心的外科主任医师 Jamie Nathan。

该研究的资金支持部分来自美国国立卫生研究院（DK080834，DK093045，P30DK117467）和囊性纤维化基金会（MUN18F0，NAREN14XX0）。

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