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我所利用器官芯片技術培育人胰島類器官取得新進展

  近日,我所秦建华研究員团队利用器官芯片技术培育人多能干细胞衍生的胰岛类器官取得新进展,相关成果发表在器官芯片领域重要刊物Lab on a chip上,並被選爲封面文章。

  類器官(organoids)是一種通過幹細胞自組織方式形成的多細胞三維複雜結構,它能夠在體外模擬具有來源組織器官的特定結構和功能,爲發育生物學、再生醫學、疾病研究和藥物篩選等提供了一種全新的模型,被認爲是近年來生命科學領域的一項重大技術突破。

  糖尿病嚴重影響人們生命健康和生活質量,其主要病理改變是胰島功能進行性受損,並可導致機體多種並發症。體外構建人源胰島類器官對于糖尿病替代療法、疾病機制研究和藥物開發等具有重要意義。本工作中,科研人員以人誘導多能幹細胞(hiPSC)爲來源,將前沿器官芯片技術與幹細胞自組裝原理結合,在多層陣列設計的可灌注芯片上,實現了人多能幹細胞的內胚層定向誘導分化、3D動態培養與胰島組織形成;在體外模擬胰島發育過程,獲得了具有近生理結構與功能特點的胰島類器官。經過鑒定,芯片上培育的胰島類器官包含α和β細胞等多種類型,具有良好的胰島素分泌和糖刺激響應功能。此外,研究還發現,培養環境中的機械流體刺激有利于促進類器官成熟和功能的長期維持,揭示了組織微環境中力學因素對構建功能性類器官的重要性。該工作利用生物工程與發育學協同策略,實現了芯片上類器官(organoids-on-chips)培育,並可進一步通過芯片多功能集成和組織微環境精確模擬,建立更符合生理特點的3D類器官模型,爲生命科學研究和組織器官制造等提供了一種新的思路和平台。

  近兩年,秦建華研究團隊集成多學科交叉優勢特點,在國際上率先將前沿器官芯片與類器官技術整合,以人多能幹細胞爲種子細胞,成功實現了芯片上的腦,肝和胰島等多種功能性類器官構建,並用于組織器官發育、疾病模擬及生命早期環境暴露等研究(Lab on a chip, 2017,Lab on a chip,2018,Integrative Biology, 2017,ACS Biomaterials Science & Engineering, 2018),受到国际同行关注。

  上述工作得到中國科學院战略性先导科技专项的支持。这也是献礼我所七十周年所庆文章之一。(文/图 陶婷婷)

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