高级科学:利用类器官芯片实现人类肝脏

来源：大连化工研究院，2022年1月26日08:39

近日，中国科学院大连化学物理研究所微流控芯片研究组研究员秦建华利用类器官芯片，建立了来源于人诱导多能干细胞(hiPSC)的肝-胰岛样器官相互作用系统，该系统在体外模拟了人体肝脏-胰岛轴及其在生理病理条件下的糖刺激反应，为糖尿病等复杂代谢性疾病的研究和新药的发现提供了新的策略和技术。糖尿病发病率逐年上升，威胁人类健康。人体糖稳态的调节受到许多组织阴影的影响。

近日，中国科学院大连化学物理研究所微流控芯片研究组研究员秦建华利用类器官芯片建立了人诱导多能(hC)衍生的肝-胰岛样器官相互作用系统，并在体外模拟了人体肝-胰岛轴及其在生理病理条件下的糖刺激反应，为复杂研究和新药发现提供了新的策略和技术。

发病率逐年上升，威胁人类健康。人体葡萄糖稳态的调节受到包括脑、胰腺、肝脏和肌肉在内的多种组织的影响，其中肝脏和胰岛在葡萄糖稳态的调节中具有复杂的功能关系，在葡萄糖稳态的调节中发挥重要作用。胰岛分泌的激素(如高血糖、胰岛素)可以通过调节肝糖的合成和分解，维持体内血糖的稳态平衡。调控失衡往往导致体内血糖水平失衡和代谢紊乱，并可导致二型糖尿病病的发生。虽然细胞和动物模型目前已经被用于研究，但仍然缺乏能够反映复杂人体器官之间相互作用的研究体系。

在这项工作中，研究人员将类器官技术与尖端的器官芯片技术相结合，构建了源于人类多能性的肝-胰岛样器官相互作用系统。在分区设计的微阵列芯片上实现了肝脏和胰岛样器官的动态培养和相互作用研究，类器官功能可维持长达一个月。发现共培养体系有利于维持肝脏和胰岛样器官的活性，促进肝脏和胰岛样器官的分泌，提高器官特异性功能基因和蛋白质的表达。转录分析显示，该系统中肝脏器官P450酶代谢途径和胰岛器官糖酵解/糖异生途径的表达增加，提示该系统有助于改善肝脏和胰岛器官的糖调节功能。随访糖耐量试验(GTT)结果显示，在近餐血糖浓度(11mM)条件下，糖刺激后肝脏器官对糖的利用率增加，胰岛器官的胰岛素分泌(GSIS)功能也增强。当进一步应用高糖浓度条件(25mM)时，肝脏和胰岛器官表现出明显的异常变化，如线粒体损伤和葡萄糖转运功能下降。结果表明，肝-胰器官相互作用系统能够反映与人体生理病理条件相似的血糖调节特征，模拟二型糖尿病病的主要病理特征。此外，研究人员在该系统中加入了常用降糖药物二甲双胍，表明该药物可显著改善高糖条件下对肝脏和胰岛的病理损伤，提示了新型类器官相互作用芯片系统在疾病模拟和药物评价中的可行性和应用前景。

本研究首次利用类器官芯片技术在体外再现了人体肝脏-胰岛相互作用的特点及其在生理和病理条件下的糖调节反应，为二型糖尿病复杂的研究和药物开发提供了新的策略和技术。(100yiyao.com)

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