工程师培育出模仿真实器官的胰腺“类器官”

使用一种模拟胰腺周围细胞外环境的专用凝胶，研究人员能够生长胰腺“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，新的MIT凝胶是完全合成的，易于组装，每次生产的成分都是一致的。

“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系统的培养，特别是控制微环境。”

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。

格里菲斯和英国癌症研究所曼彻斯特研究所的小组负责人克劳斯·约根森是这篇论文的高级作者，该论文今天发表在《英国癌症杂志》上自然材料．该研究的主要作者克里斯托弗·德尔斯(Christopher Below)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来源凝胶在实验室培养皿中培养类器官。然而，格里菲斯说，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，来自于小鼠生长的肿瘤，它因批次而异，并且存在不良成分。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可用于生长上皮细胞的合成凝胶，这些细胞与其他支持细胞一起形成了大多数器官的薄片。

他们开发的凝胶是基于聚乙二醇(PEG)的，这是一种经常用于医疗应用的聚合物，因为它不会与活细胞相互作用。通过研究细胞外基质(包裹在体内器官周围)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PEG凝胶以帮助细胞在其中生长的特征。

一个关键特征是存在一种称为肽配体的分子，它与称为整合素的细胞表面蛋白相互作用。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，在凝胶中加入来自纤维连接蛋白和胶原蛋白的小合成肽，可以让它们生长出各种上皮组织，包括肠道组织。他们表明，被称为基质细胞的支持细胞，以及免疫细胞，也可以在这种环境中茁壮成长。

在这项新研究中，格里菲斯和约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生长胰腺组织，因为一旦胰腺肿瘤细胞从体内移除，它们就失去了独特的癌性特征。

格里菲斯的实验室制定了一项生产新凝胶的方案，然后与乔根森的实验室合作，研究胰腺癌的生物学，对其进行测试。乔根森和他的学生能够生产出这种凝胶，并用它来培养胰腺类器官，使用的是来自小鼠的健康或癌变的胰腺细胞。

乔根森说:“我们从琳达那里得到了方案，并加入了试剂，然后它就起作用了。”“我认为这充分说明了该系统有多强大，在实验室中实现有多容易。”

他说，他们尝试过的其他方法要么太复杂，要么没有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小鼠身上研究的组织进行比较，他们发现肿瘤类器官表达了许多在胰腺肿瘤中看到的相同的整合素。此外，通常包围肿瘤的其他类型的细胞，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，他们可以使用凝胶从患者的胰腺癌细胞中培养类器官。他们认为它也可以用于研究肺癌、结直肠癌和其他癌症。这样的系统可以用来分析潜在的癌症药物如何影响肿瘤及其微环境。

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

这种新凝胶的优点之一是它是完全合成的，可以在实验室中通过混合特定的前体(包括聚乙二醇和一些多肽)轻松制成。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生产这种凝胶的公司。

这项研究由英国癌症研究中心、玫瑰信托基金、欧洲研究委员会整合奖、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