Nature:纯度提高到80%!再生β细胞有望推进糖尿病细胞疗法
2019/05/10
改进对β细胞生产过程的控制将使研究人员能够改进1型糖尿病患者的细胞疗法。

1921年加拿大外科医生发现胰岛素,仅仅6个月,胰岛素便开始用于临床挽救和延长了无数糖尿病患者的生命。这是医学史上划时代的里程碑事件。但是注射胰岛素毕竟痛苦且麻烦,无法彻底解决糖尿病患者的痛苦。随着技术的发展,对糖尿病的研究可谓是遍地开花。


研究人员Douglas Melton 图片来源:HHMI

近日,由哈佛大学Douglas Melton实验室领导的一组研究人员改进了将干细胞转化为产生胰岛素的β细胞的实验室过程,使用生物和物理分离方法来增加样本中β细胞的比例。研究结果发表在《Nature》杂志上,可能会用于改善1型糖尿病患者的β细胞移植。


DOI: 10.1038/s41586-019-1168-5

技术的风口上,β细胞也能“飞”

β细胞(亦称胰岛B细胞)是一种内分泌细胞,它的主要作用是能分泌胰岛素起到调节血糖的作用。2014年, Douglas Melton的实验室首次表明,干细胞可以转化为功能细胞,这为患者提供自身胰岛素源迈出了一步。在最初的过程中,β细胞只占最终细胞混合物的30%。


细胞簇显示较少的β细胞(粉红色)。图片来源:哈佛大学Melton实验室

面对这一突破性的结果,研究人员并没有沾沾自喜。该研究的主要作者Adrian Veres表示,“想要突破30%,需要真正了解其他70%的细胞。”

如今,借助单细胞测序技术,培育出的β干细胞纯度能够达到80%。哈佛干细胞研究所的联合主任Melton说:“单细胞测序和分子生物学能够帮助我们对从干细胞制造出的细胞种类进行辨别。”

先分离再聚集 两步提纯浓度高

虽然细胞都包含相同的一组基因,但细胞类型不同取决于哪些基因是活跃的或表达的。研究人员利用单细胞测序技术鉴定了成千上万个单个细胞中表达的全部基因。然后再根据细胞的表达模式对细胞进行分组。

不出所料,其中一些细胞的基因表达模式与人类胰腺中产生激素的细胞相似,这些细胞包括制造胰高血糖素的α细胞和制造胰岛素的β细胞。


研究小组还发现了一种只在β细胞上高表达的特殊蛋白质——CD49a。这一发现奠定了提纯β细胞的前提。这种蛋白质可以说是一个“鱼钩”,将β细胞从混合物中“捕捞”出来。

有了第一步的分离,接下来的工作便是聚集β细胞。研究人员基于“产生激素的细胞彼此之间比不产生激素的细胞更容易相互吸引”的假设,合作开发富集β细胞的方法:将混合物中的所有细胞物理分离,然后让它们重新聚集在一起。


改进了富含β细胞最终混合物的方法后,细胞簇显示出更多的β细胞(粉红色)。图片来源:哈佛大学Melton实验室

研究人员们首先使用了一种特殊的抗体,它的一端能结合CD49a,可以识别这些β细胞,而它的另一端则是藻红蛋白(phycoerythrin )。随后,研究人员们再加入了一种能够结合藻红蛋白的微珠。在磁力的作用下,这些微珠开始聚集,并通过“藻红蛋白 - CD49a抗体”,顺利地把胰岛β细胞给聚集起来。

这两种方法将转化干细胞样本中的β细胞纯度从30%提高到80%。

找到最佳混合比

当然,一味的追求高浓度β细胞显然是不可取的,只有高浓度且能够正常工作的β细胞才是我们想要的。因此,控制细胞在混合物中的比例是这项研究的关键发现。现在,研究人员可以专注于细胞类型的最佳混合。

也许这需要更多其他类型的细胞来帮助调节β细胞,这样它们才能正常工作。研究人员也将致力于探究细胞之间的相互作用。

糖尿病细胞疗法公司Semma Therapeutics的副总裁费利Felicia Pagliuca说:“当我们致力于将干细胞衍生的β细胞植入患者体内时,更纯净的混合物意味着我们可以使用更小、侵入性更小的设备来输送同样数量的功能细胞。”

或许在不久的将来,这一糖尿病细胞疗法也将造福于人类,让糖尿病患者彻底告别注射器与药物治疗。

参考文献:

[1] Research boosts the yield of insulin-producing cells for diabetes therapy

[2] Charting cellular identity during human in vitro β-cell differentiation, Nature, DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-019-1168-5

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