工程师培育出模仿真实器官的胰腺“类器官”

使用一种特殊的凝胶来模拟胰腺周围的细胞外环境，研究人员能够培养胰腺“类器官”，使他们能够研究胰腺肿瘤与其环境之间的重要相互作用。与现在用于组织生长的一些凝胶不同，麻省理工学院的新凝胶是完全合成的，易于组装，每次都可以以一致的成分生产。

“可重复性是一个主要问题，”工程学院教学创新教授、生物工程和机械工程教授琳达·格里菲斯(Linda Griffith)说。“研究界一直在寻找方法，对这些类器官进行更有条理的培养，尤其是控制微环境。”

研究人员还表明，他们的新凝胶可以用来培养其他类型的组织，包括肠道和子宫内膜组织。

Griffith和Claus Jorgensen是英国曼彻斯特癌症研究所的一个小组负责人，他们是这篇论文的资深作者自然材料。该研究的主要作者是克里斯托弗·贝洛，他曾是英国癌症研究所曼彻斯特研究所的研究生。

模仿微环境

传统上，实验室使用市售的组织衍生凝胶在实验室培养皿中培养类器官。然而，Griffith说，由于最广泛使用的商业凝胶是蛋白质、蛋白聚糖和生长因子的复杂混合物，这些蛋白质、蛋白聚糖和生长因子来自于小鼠体内的肿瘤，因此它在不同的批次之间是可变的，并且存在不需要的成分。它也不总是允许多种类型的细胞生长。大约10年前，格里菲斯的实验室开始设计一种合成凝胶，用于培养上皮细胞和其他支持细胞。上皮细胞构成了大多数器官的细胞膜。

他们开发的凝胶是基于聚乙二醇(PEG)的，聚乙二醇是一种聚合物，通常用于医疗应用，因为它不与活细胞相互作用。通过研究包围人体器官的细胞外基质的生化和生物物理特性，研究人员能够识别出他们可以融入聚乙二醇凝胶的特征，以帮助细胞在其中生长。

一个关键特征是一种叫做肽配体的分子的存在，这种分子与一种叫做整合素的细胞表面蛋白质相互作用。配体和整合素之间的粘性结合允许细胞粘附在凝胶上并形成类器官。研究人员发现，在凝胶中加入从纤维连接蛋白和胶原蛋白中提取的小合成肽，可以使它们生长出各种上皮组织，包括肠组织。他们发现，被称为基质细胞的支持性细胞和免疫细胞也能在这种环境中茁壮成长。

在这项新研究中，格里菲斯和乔根森想看看这种凝胶是否也能用于支持正常胰腺类器官和胰腺肿瘤的生长。传统上，很难以一种既复制癌细胞又复制支持环境的方式培养胰腺组织，因为一旦胰腺肿瘤细胞从体内移除，它们就会失去其独特的癌症特征。

格里菲斯的实验室制定了一套生产这种新凝胶的方案，然后与研究胰腺癌生物学的乔根森实验室合作对其进行测试。乔根森和他的学生们能够生产出这种凝胶，并利用从老鼠身上提取的健康或癌变的胰腺细胞来培养胰腺类器官。

乔根森说:“我们从琳达那里得到了协议，我们得到了试剂，然后它就起作用了。”“我认为这充分说明了该系统是多么强大，在实验室中实施是多么容易。”

他说，他们尝试过的其他方法要么太复杂，要么不能概括活组织中的微环境。使用这种凝胶，Jorgensen的实验室能够将胰腺类器官与他们在活老鼠身上研究过的组织进行比较，他们发现肿瘤类器官表达了许多与胰腺肿瘤中看到的相同的整合素。此外，通常肿瘤周围的其他类型的细胞，包括巨噬细胞(一种免疫细胞)和成纤维细胞(一种支持细胞)，也能够在微环境中生长。

Patient-derived细胞

研究人员还表明，他们可以用这种凝胶从患者的胰腺癌细胞中培养出类器官。他们认为，这对研究肺癌、结直肠癌和其他癌症也很有用。这样的系统可以用来分析潜在的抗癌药物如何影响肿瘤及其微环境。

格里菲斯还计划用这种凝胶来培养和研究子宫内膜异位症患者的组织。子宫内膜异位症是一种导致子宫内膜组织在子宫外生长的疾病。这会导致疼痛，有时还会导致不孕。

这种新型凝胶的优点之一是它完全是人工合成的，可以在实验室里通过混合特定的前体，包括聚乙二醇和一些多肽，很容易制造出来。研究人员已经为这项技术申请了专利，并正在将其授权给一家可以商业化生产这种凝胶的公司。

这项研究由英国癌症研究中心、玫瑰树信托基金、欧洲研究委员会整合者奖、国家科学基金会、国家卫生研究院和国防高级研究计划局资助