浙大团队发明人胰岛细胞及胰岛类器官新技术，胰岛前体细胞纯度高达90%以上，并且具有...

麻省理工科技评论-浙大团队发明人胰岛细胞及胰岛类器官新技术，胰岛前体细胞纯度高达90%以上，并且具有生理功能

浙大团队发明人胰岛细胞及胰岛类器官新技术，胰岛前体细胞纯度高达90%以上，并且具有生理功能

“至今还记得第一只糖尿病小鼠（细胞移植后）血糖恢复至正常水平的那天，现在依然能感受到当时的激动。回顾开展体内实验的那两三年，可以用‘山重水复疑无路，柳暗花明又一村’来形容。论文发表后，一些糖尿病患者及

“至今还记得第一只糖尿病小鼠（细胞移植后）血糖恢复至正常水平的那天，现在依然能感受到当时的激动。回顾开展体内实验的那两三年，可以用‘山重水复疑无路，柳暗花明又一村’来形容。论文发表后，一些糖尿病患者及其家属来信鼓励我们，这应该就是我们无数次失败后依然坚持的原因，以及在面对困难的日子里继续努力的动力。未来会进一步优化该系统，全力推进其临床转化，希望尽早造福庞大的糖尿病患者群体。”浙江大学生命科学研究院祝赛勇研究员表示。

图 | 祝赛勇（来源：祝赛勇）

近日，他和团队研发出一种干细胞分化人胰岛细胞及胰岛类器官新技术，相关论文以《人可扩增胰岛前体细胞衍生的 β 细胞改善糖尿病》（Human expandable pancreatic progenitor–derived β cells ameliorate diabetes）为题，发表在 Science Advances 上 [1]。

图 | 相关论文（来源：Science Advances）

胰腺分化系统此前曾面临“三座大山”

胰岛移植是糖尿病治疗中一个非常有前景的疗法，目前人胰岛的供体来源主要是遗体捐赠，供体非常短缺且存在免疫排斥，这极大限制着细胞疗法在临床中的推广和普及。由于人多能干细胞具备较强的自我增殖和分化潜能，因此在细胞治疗中展现出巨大的应用前景。

人多能干细胞向胰腺分化这一研究领域，虽然“年轻”但却发展迅速。2001 年，科学家首次报道人多能干细胞可以自发随机分化获得类胰岛 β 细胞，但是这种干细胞的随机分化过程并不可控，而且效率非常低。不过，这一研究也提示科学家们可以利用干细胞来定向获得胰岛 β 细胞。

到 2006 年，科学家凯文·阿穆尔（Kevin A. D'Amour）等人首次报道了一个“五步分化法”：通过诱导人多能干细胞分化获得产生胰岛素的内分泌细胞。此后，该领域进入快速发展时代，研究者们通过不断优化分化方法，来提高获得胰岛 β 细胞的效率及其生理功能。

尤其是在 2014-2015 年，哈佛大学教授道格拉斯 A. 梅尔顿（Douglas A. Melton）、哥伦比亚大学教授蒂莫西·基弗（Timothy Kieffer）和加州大学教授马蒂亚斯·赫布罗克（Matthias Hebrok）等团队，也公布了胰岛 β 细胞诱导方法，这对胰腺分化领域起到了巨大推动作用。最近几年，胰腺分化领域也有许多不错的研究进展。

但是，即便有这些前期研究，胰腺分化系统仍然非常具有挑战性，主要体现在操作难度大、分化时间长、体系稳定性相对较低等三方面。这给药物开发和科学研究，都带来很大挑战和困难。

有意思的是，在干细胞向胰岛 β 细胞的分化过程中，会经历一个胰岛前体细胞阶段（Pancreatic progenitor, PP），这一阶段的细胞具备自我更新和增殖能力。如果能将分化获得的人胰岛前体细胞在体外培养扩增，形成一个细胞系，就可以简化分化过程、降低分化难度，进而缩短分化时间，最终让胰腺分化过程更加可控和稳定。

之前，并没有一个能够既稳定、又能长期培养干细胞来源的人胰岛前体细胞的体系。基于此，祝赛勇和团队开展了上述研究。

（来源：Science Advances）

纯度高达 90%，还可传至 35 代以上

该工作利用祝赛勇团队擅长的化学小分子筛选技术，发现了 I-BET151 这一小分子可以促进胰岛前体细胞的培养和扩增。将胰岛前体细胞加入包含该小分子的培养基中，前者的纯度高达 90% 以上，不仅能稳定地冻存和复苏，还能在传至 35 代以上依然维持前体细胞特性和分化能力。

祝赛勇团队将这些扩增出来的人胰岛前体细胞命名为可扩增胰岛前体细胞（expandable pancreatic progenitor, ePP）。这些 ePP 细胞可以高效地分化为具有生理功能的人胰岛 β 细胞。

“并且，非常惊喜的是将人胰岛 β 细胞移植到糖尿病小鼠体内，可以快速改善小鼠的糖尿病症状。因此，我们的工作首次建立了一种人胰岛前体细胞长期、稳定培养的体系，可以帮助大规模长期扩增 ePP 细胞，而且获得的 ePP 细胞可以高效分化为具有生理功能的胰岛 β 细胞，在细胞疗法、疾病模型、药物筛选和基础研究等方面具有广泛的应用前景。”他说。

（来源：Science Advances）

在将论文投稿到 Science Advances 后，编辑部第二天就送审。随后，三位审稿人的意见反馈回来，整体都非常积极。有一位审稿人认为该研究非常有趣，并且将给糖尿病领域带来重要影响。此外，对方还点赞了文章数据，认为呈现得非常有条理和专业。还有一位审稿人用“leapfrog”来形容，他/她认为该工作对整个领域来说是一种飞跃，跨过昂贵、冗长的干细胞分化环节，而是从更接近胰岛 β 细胞的前体细胞进行分化，实验操作也更简便，达到了非常好的分化效果，所展示的体内功能也令人印象深刻。

两月左右发现小分子，体内实验却耗时两年之久

事实上，早在祝赛勇研究员做博后期间，他就对胰腺分化方向非常感兴趣，并且取得了一系列重要研究成果。因此，2015 年底回国成立自己的实验室之后，他毫不犹豫地把胰腺分化这一非常具有临床应用前景的方向作为首个课题。

（来源：Science Advances）

立项之初，他计划先在实验室建立干细胞向胰岛 β 细胞的分化体系，但是当时进展并不顺利，学生做实验也感觉挑战度很大，获得的胰岛 β 细胞效率很低。为解决这一问题，祝赛勇团队及时改变策略，计划先将胰岛前体细胞扩增培养起来，之后再分化到胰岛 β 细胞。

但是，按起葫芦起来瓢，第二个问题接踵而至：当时并没有适合培养干细胞来源的人胰岛前体细胞的体系。因此，实验室第一个学生马晓洁从化学小分子筛选入手，希望借此找到好用的化合物，从而建立合适的人胰岛前体细胞培养体系。

幸运的是，后面仅用两个月，他们就发现了 I-BET151 这个小分子具有显著的效果。通过反复验证，最终确定了此次论文的人胰岛前体细胞的培养条件。随后，在对 ePP 细胞完成体外功能鉴定之后，开始进行小鼠体内实验。然而，体内实验的开展并不顺利，耗时两年多之久，占据整个课题超过一半的人力物力。

（来源：Science Advances）

由于各种原因，做完移植手术的免疫缺陷小鼠非常难以存活。如果小鼠不能存活，就不能长期追踪细胞在体内的生理功能。但是，如果换成具有一定免疫力的小鼠，移植的细胞就会被免疫排斥。当时，祝赛勇团队试遍所有方法，做了一年多仍然收获甚微。

他说：“曾经一度非常沮丧，也想过是不是要放弃体内实验的部分。尽管有一百次想要放弃，还是会有一百零一次想要再坚持一下。后来，领域内陆续发表的工作和一些朋友的建议给了我们很多指引和帮助，就这样站在巨人的肩膀上，我们陆续解决了困扰的问题，也收获了巨大的成就感和喜悦。最后，在整个团队齐心协力和不懈坚持下，相关体内实验证明 ePP 分化获得的胰岛 β 细胞，在小鼠体内可以改善糖尿病症状。”

图 | 祝赛勇团队（来源：祝赛勇）

在应用前景上祝赛勇表示：首先，由于 ePP 细胞培养和扩增非常高效，可以进行 2D 和 3D 培养和分化，这为开展药物筛选提供了有利条件，比如可以结合干细胞和基因编辑技术来构建糖尿病相关的疾病模型，利用 ePP 系统筛选潜在的治疗糖尿病的新型药物；其次，ePP 细胞作为人胰腺细胞，也可作为测试药物的细胞工具；最后，ePP 分化胰岛 β 细胞的过程不仅高效而且可控，可给细胞治疗提供潜在的无限细胞来源。

后续，他和团队准备利用 ePP 系统构建糖尿病相关的疾病模型，研究其致病机理，并通过化学小分子筛选来寻找新型药物。此外，还打算利用 ePP 系统来筛选促进胰岛 β 细胞功能成熟的小分子化合物，不断提高获得的胰岛 β 细胞的生理功能，促进胰岛再生领域的发展。

-End-

1、Ma, X., Lu, Y., Zhou, Z., Li, Q., Chen, X., Wang, W., ... & Zhu, S. (2022). Human expandable pancreatic progenitor–derived β cells ameliorate diabetes. Science advances, 8(8), eabk1826.

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