Nature Materials:新型凝胶助力胰腺类器官的轻松培养

【字体: 时间:2021年09月15日 来源:生物通

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  麻省理工学院与曼彻斯特大学的科学家合作开发出一种新方法,可利用健康或癌变的胰腺细胞来培育胰腺类器官。这种新模型有望帮助研究人员开发和测试胰腺癌的潜在药物。

  

麻省理工学院与曼彻斯特大学的科学家合作开发出一种新方法,可利用健康或癌变的胰腺细胞来培育胰腺类器官。这种新模型有望帮助研究人员开发和测试胰腺癌的潜在药物,而胰腺癌是目前最难治疗的癌症之一。

利用一种模拟胰腺周围细胞外环境的特殊凝胶,研究人员能够培养胰腺类器官,有助于研究胰腺肿瘤与其环境之间的重要相互作用。与目前用于组织培养的凝胶不同,他们开发的新型凝胶是完全合成的,容易组装,且每批产品的成分都一致。

麻省理工学院生物工程系的Linda Griffith教授表示:“可重复性是一个大问题。研究界一直在寻找方法,对这些类器官进行更系统的培养,特别是控制微环境。”他们还表明,新凝胶可用来培养其他类型的组织,包括肠道和子宫内膜组织。

这篇论文于9月13日发表在《Nature Materials》杂志上。通讯作者包括Linda Griffith和英国曼彻斯特癌症研究所的Claus Jørgensen。

模拟微环境

实验室通常使用市售的组织来源凝胶来培养类器官。然而,广泛使用的商业化凝胶是蛋白质、蛋白多糖和生长因子的复杂混合物,因此,它的成分因批次而异,而且存在不受欢迎的成分。它也不一定能支持多种类型的细胞生长。

大约10年前,Griffith的实验室开始设计一种人工合成的凝胶,可用来培养上皮细胞。他们开发的凝胶是基于聚乙二醇(PEG),这种聚合物经常用于医学应用,因为它不会与活细胞发生相互作用。通过观察细胞外基质的生化和物理特性,研究人员确定了一些特征,并将其融入PEG凝胶中,以便帮助细胞生长。

一个关键特征是肽配体(peptide ligands)的存在,它与细胞表面的整合素相互作用。配体和整合素之间的粘性结合使细胞能够粘附在凝胶上并形成类器官。他们发现,在凝胶中加入来源于纤连蛋白和胶原蛋白的合成小肽,可以使细胞生长出各种上皮组织,包括肠道组织。

在这项新研究中,Griffith和Jørgensen想看看这种凝胶是否也可以支持正常胰腺类器官和胰腺肿瘤的生长。Griffith的实验室制定了生产新凝胶的方案,然后与Jørgensen的实验室合作进行测试。Jørgensen及其学生能够轻松生产出这种凝胶,并利用来自小鼠的健康或癌变胰腺细胞来培养胰腺类器官。

Jørgensen说:“我们从Linda那里得到了方案,然后我们把试剂放进去,它就起作用了。我认为,这充分说明了培养系统有多强大,以及在实验室中实施有多容易。”

Jorgensen的实验室将培养出的类器官与小鼠胰腺组织进行比较,发现肿瘤类器官表达了许多与胰腺肿瘤相同的整合素。此外,通常包围肿瘤的其他类型细胞也能够在微环境中生长,包括巨噬细胞和成纤维细胞。

患者来源的细胞

研究人员还表明,他们可以利用这种凝胶从患者的胰腺癌细胞中培养类器官。他们认为,这也许有助于研究肺癌、结直肠癌和其他癌症。这种系统可用来分析潜在的抗癌药物如何影响肿瘤及其微环境。

Griffith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。子宫内膜异位症会导致子宫内膜组织在子宫外生长。这不仅会带来疼痛,有时还会导致不孕。

新型凝胶的优点之一在于它是完全人工合成的,可以在实验室中通过混合特定前体(包括聚乙二醇和一些多肽)来轻松制备。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公司来商业化生产这种凝胶。

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Below, C.R., Kelly, J., Brown, A. et al. A microenvironment-inspired synthetic three-dimensional model for pancreatic ductal adenocarcinoma organoids. Nat. Mater. (2021). https://doi.org/10.1038/s41563-021-01085-1

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