微流控系统在代谢疾病模型构建中的创新应用2025-08-13 08:37:13
传统2D培养无法模拟胰岛三维结构,导致细胞间通讯缺失。采用悬滴法形成的3DPIOs显示出更接近天然胰岛的细胞空间排布:中央为β细胞,外围分布α和δ细胞,再现了天然胰岛的“微器官“结构。GravityTRAP技术通过离心力控制细胞聚集体大小,使PIOs直径稳定在150-200μM,其胰岛素分泌量较随机聚集体系提高2.3倍。这些技术进步显著提升了体外培养胰岛类器官的功能特性,为糖尿病研究提供了更接近生理状态的模型系统。微流控技术的引入实现了PIOs的动态培养。2022年,肝-胰岛共培养芯片通过建立葡萄糖-胰岛素反馈环路,成功模拟T2DM病理状态下肝糖异生异常:当PIOs胰岛素分泌不足时,肝类器官的PEPCK表达上调3.8倍,葡萄糖输出量增加2.5倍。此类系统为研究多器官代谢交互提供了新平台。2020年,小鼠胰岛Procr+成体干细胞被发现,其3D培养形成的PIOs包含多种胰岛细胞类型,移植至T1DM模型后3周内使血糖恢复正常。
2022年,曾艺团队进一步开发了鼠源Procr+细胞的扩增方案,在含FGF2/HGF的培养基中可稳定传代20次以上,解决了供体稀缺难题。Procr+成体干细胞不仅能分化出多种胰岛细胞,构建接近天然胰岛细胞比例的类器官,还实现了体外稳定扩增,这一成果有望打破胰岛移植供体短缺的瓶颈。然而目前尚未在人胰岛中鉴定出同源Procr+细胞,该技术仍处于动物模型验证阶段。若能进一步明确人体胰岛中的成体干细胞,且将该技术成功转化至人体应用,或可革新T1DM的治疗格局。天然胰岛的毛细血管密度达2000个/mm²,而现有PIOs血管化程度不足导致移植后存活率低。生物打印血管网络与PIOs共移植技术使移植物氧分压提高4倍,胰岛素分泌峰值提前30分钟。此外,基因编辑技术可使PIOs在异种移植后存活时间延长至60天。
出自《胰岛类器官治疗1型糖尿病:前沿探索与临床应用》作者陈枕枕,宋小平,王雅洁。
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