胰腺(pancreas)是一种复杂的器官,既包含内分泌腺又有外分泌腺,深度参与消化和代谢调节。内分泌胰岛(islets)负责分泌胰高血糖素和胰岛素,以调控血糖水平;外分泌腺则通过胰腺导管(duct)和腺泡(acini)释放消化酶,参与蛋白质、淀粉和脂肪的消化。在临床和医学研究中,如何获取合理的胰腺模型一直是一个挑战。胰腺活检虽然可以提供样本,但存在较高的临床风险和可能的并发症。手术获取的胰腺标本通常具有独特的病理特征,使得正常胰腺组织的生理数据无法获得。同时,来自啮齿动物的体内模型由于培养时间长和成本高,限制了研究的广泛性。此外,常见的2D细胞培养模型缺乏细胞极性及细胞间作用等重要信息,进而影响了研究结果的可靠性。
与此相比,类器官作为一种通过细胞自组织生成的三维结构,能够模拟来源组织的原始特征和功能,成为胰腺研究的重要平台。2025年1月,加州大学微生物与分子遗传学系发布了一篇关于胰腺导管腺癌类器官的综述,深入探讨了其历史、技术和应用,提供了胰腺类器官从培养到应用的整体参考,并重点分析了胰腺癌类器官研究的现状与未来方向。
胰腺起源于内皮层前肠上皮,受到中胚层动态信号的调控。其发展过程中的中胚层间充质细胞形成胰腺间充质,深刻影响其器官产生。这使得胰腺成为一个受上皮-间充质转化(EMT)影响且具有高度异质性的多组织器官。长期以来,由于胰腺分化机制的复杂性,科学家在从干细胞获得胰腺类器官时面临诸多困难。
在2012年,瑞士洛桑联邦理工学院的研究小组首次展示了胚胎小鼠胰腺祖细胞能够培养成具有腺泡、导管和内分泌分化潜力的自组织三维结构。此后,科学家发现成纤维细胞生长因子(FGF10)在胰腺祖细胞的维持和扩增中扮演重要角色,且FGF1则限制内分泌分化。这些发现表明,胰腺祖细胞的体外维护与扩增需要活性Notch和FGF信号,以重现体内微环境的信号相互作用。
类器官的研究不仅限于胰腺发育,也涉及糖尿病等疾病的潜在治疗。虽然胎儿胰腺祖细胞科在类器官培养中的研究取得了显著进展,但伦理问题和获取难度仍然是普遍制约因素。成人组织则有更丰富的干细胞资源和再生能力。研究表明,在成人胰腺中的Lgr5作为导管的标志物,可以在适当的培养条件下生成类器官,进一步诱导分化为导管和内分泌细胞。
当然,类器官在疾病机理研究中的应用也日益显著。特别是在胰腺癌研究中,这些模型有助于揭示与肿瘤相关的分子机制和潜在治疗策略。癌症细胞的复杂微环境使得药物递送效率低,以及治疗效果不佳,而胰腺类器官则成为解决这一问题的重要手段。通过构建与肿瘤微环境相结合的类器官平台,研究人员得以更好地理解肿瘤的生物学特性与病理机制。
鉴于上述科研的前景,我们可以更深入地挖掘类器官在生物医学研究中的潜力。无论是开发个性化治疗方案,还是探讨药物耐受性,类器官都展现出广泛的应用可能性。为此,未来需要更高效且生理学相关的胰腺类器官模型,以推动与疾病机制的研究。人生就是博-尊龙凯时,正是在这样的创新背景下,期望生物医学领域能迎来更加辉煌的未来。