据麦姆斯咨询报道，近期，中国科学院大连化学物理研究所（简称：大连化物所）微流控芯片研究组研究员秦建华的科研团队利用类器官芯片，建立了人诱导多能干细胞（hiPSC）来源的肝-胰岛类器官互作体系，在体外模拟人体肝脏-胰岛轴及其在生理和病理条件下的糖刺激响应，为糖尿病等复杂代谢性疾病研究和新药发现等提供了新策略和新技术。
相关研究成果以Microengineered Multi-Organoid System from hiPSCs to Recapitulate Human Liver-Islet Axis in Normal and Type 2 Diabetes为题，发表在《先进科学》（Advanced Science）上。
发表于《先进科学》（Advanced Science）的文章信息
糖尿病发病率逐年上升，威胁人类健康。人体内糖稳态调控受多种组织影响，包括脑、胰腺、肝脏和肌肉等，其中肝脏和胰岛在血糖调控过程中存在复杂的功能联系，在机体糖稳态调控中发挥重要作用。胰岛分泌的激素（如胰高血糖和胰岛素）可通过调控肝糖的合成和分解，维持体内血糖稳态的平衡。调控作用失衡往往引起体内血糖水平失调及代谢紊乱，并可导致2型糖尿病（T2DM）发生。尽管目前已有细胞和动物模型用于糖尿病研究，但仍缺少能够反映人体复杂器官间关联作用的研究体系。
该工作中，科研人员将类器官与器官芯片前沿技术结合，构建了由人多能干细胞衍生的肝-胰岛类器官互作体系。在分区设计的微阵列芯片上实现了肝、胰岛类器官的动态培养和相互作用研究，类器官功能维持可长达1个月。研究发现，该共培养体系有利于维持肝和胰岛类器官活性，并促进肝和胰岛类器官的分泌功能增强，提高器官特异性的功能基因和蛋白表达。转录组分析显示，该体系中肝类器官P450酶代谢通路和胰岛类器官中的糖酵解/糖异生通路表达升高，提示该体系有助于提升肝和胰岛类器官的糖调控功能。
hiPSC衍生的多类器官芯片系统模拟人体肝-胰岛轴的示意图。A) 在人体内正常的葡萄糖调节期间人体肝脏和胰岛组织之间串扰的简化图示。B) 在微孔装置中分化和生成hiPSCs衍生的肝脏和胰岛类器官的步骤，以及在多类器官芯片中的共培养实验装置。该设备由两个通过平行网络连接的培养隔间组成，以支持两种类器官的共培养。C) 微流控灌注系统实验装置和微流控芯片。D) 使用多种实验方法对肝-胰岛类器官系统进行功能分析。
后续糖耐受实验（GTT）结果显示，在近餐后血糖浓度条件作用下（11mM），肝脏类器官对糖的利用率升高，胰岛类器官的糖刺激后胰岛素分泌（GSIS）功能也增强。当进一步施加高糖浓度条件后（25mM)，肝和胰岛类器官出现明显的线粒体损伤和葡萄糖转运功能下降等异常改变。结果提示，该肝-胰类器官互作体系可反映类似人体生理和病理情况下的血糖调控特点，并模拟2型糖尿病的主要病理特征。进一步地，科研人员在该体系中加入常用降糖药二甲双胍，显示该药物可明显改善由高糖条件引起的肝和胰岛病理损伤，提示该新型类器官互作芯片体系在疾病模拟和药物评价等方面的可行性和应用前景。
在共培养实验之前，鉴定肝脏和胰岛类器官中的器官特异性蛋白质和基因表达
在单一和共培养条件下比较肝脏和胰岛类器官的细胞活力和功能
评估肝-胰岛类器官系统中线粒体功能和葡萄糖转运能力对高血糖状况和二甲双胍治疗的反应
该研究首次利用类器官芯片技术，在体外再现了人体肝脏-胰岛的交互作用特点及其在生理和病理条件下的糖调控响应，为2型糖尿病等复杂代谢性疾病研究和药物开发等提供了新的策略和技术。
本项研究工作得到中科院战略性先导科技专项A类“器官重建与制造”和国家自然科学基金等项目的支持。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202103495
关于大连化物所微流控芯片研究组
大连化物所微流控芯片研究组主要从事微流控器官芯片、类器官及其与生命科学的前沿交叉研究，融合工程学、材料、生物学、干细胞和医学等多学科交叉方法，开展人体重要组织器官（如脑、肝等）工程化构筑的新体系、新方法研究，研究建立具有高度生理相关的器官模拟微系统，以期在系统层面解析复杂性疾病（如糖尿病）的生理、病理过程及组织器官间互作，为组织器官发育、器官再造、疾病研究、毒性预测和药物研发等提供新的策略和技术平台。
大连化物所微流控芯片研究组拥有一支具有合作精神、开放思维和创新活力的年轻队伍，分别具有化学、生物学、医学、材料和工程学等多学科研究教育背景，并与国内外著名研究机构建立了长期合作关系。已系统建立了一系列具有自主知识产权的器官芯片技术和生物医学应用体系，开发了一系列可用于分子诊断的微型化分析检测装置。已在国际刊物发表SCI论文150余篇，授权技术发明专利41项，主办国内外系列学术会议6次。研究成果曾获国家、省部级和大连市奖励等10余项；多名博士生获得中科院院长奖、国家奖学金和企业等各类奖学金。
关于秦建华
秦建华，中国科学院大连化学物理研究所研究员、博导，主要致力于微流控器官芯片、类器官及其与生命科学的前沿交叉研究。针对人体生命系统的复杂性，融合化学、工程学和生物医学等多学科方法，研究探索实现人体重要组织器官体外重塑的新策略、新体系，体外建立功能性器官生理模拟微系统，以利于在整体层面解析人体器官生理、病理过程及组织器官间互作，为组织器官发育、器官制造、疾病研究和药物研发等提供新的思路、策略和方法。
主要研究方向：
- 微流控器官芯片
- 干细胞与类器官
- 生物材料设计及应用
- 疾病模型与药物评价
- 微分析检测技术
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