《Mitochondrion》：Modeling pancreatic islet aging: mitochondrial dysfunction and functional rescue in 3D organoids by exogenous mitochondrial delivery
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•利用衰老的3D rPI-MSC类器官成功建立了一种新型胰腺胰岛衰老模型。•衰老类器官表现出兴奋-分泌脱耦联现象，储存锌-胰岛素但丧失葡萄糖刺激的胰岛素分泌功能。•胰岛素分泌能力的丧失与线粒体膜电位的大幅下降直接相关。•外源性线粒体递送可减轻年龄相关的功能缺陷，部分恢复葡萄糖
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利用衰老的3D rPI-MSC类器官成功建立了一种新型胰腺胰岛衰老模型。
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衰老类器官表现出兴奋-分泌脱耦联现象，储存锌-胰岛素但丧失葡萄糖刺激的胰岛素分泌功能。
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胰岛素分泌能力的丧失与线粒体膜电位的大幅下降直接相关。
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外源性线粒体递送可减轻年龄相关的功能缺陷，部分恢复葡萄糖刺激的胰岛素分泌。
引言
糖尿病是一种以全身性胰岛素缺乏为特征的慢性代谢性疾病。胰岛素信号不足会损害血糖稳态，需要终身医疗护理。该疾病由内分泌胰腺功能障碍驱动，通过胰岛β细胞的丧失或功能衰退而进展，主要是由于自身免疫破坏（1型）或胰岛素抵抗和糖脂毒性（2型）（DeFronzo等，2015；Katsarou等，2017）。为了应对这些挑战，基于干细胞的疗法为替代胰岛素分泌的类β细胞或胰岛提供了一种有前景的策略（Karimova等，2022）。早期使用干细胞治疗糖尿病的尝试是将干细胞分化为类β细胞并注射到血管化组织中。然而，这些细胞常常因免疫排斥而无法存活，或对血糖水平的功能反应不足。
类器官模型已成为发育生物学、疾病建模和药物筛选等领域不可或缺的工具。这些3D培养体系通过多能干细胞或组织来源的前体细胞的分化和自组织而产生，通常纳入支持性基质元素。类器官可以通过利用特定的物理和生化信号，从原代组织、诱导多能干细胞或胚胎干细胞中构建（Brassard和Lutolf，2019）。这些模型的主要优势在于它们能够在复杂的空间组织中产生多种相互作用的细胞类型，模拟天然胰岛朗格汉斯的结构和功能（Zhang等，2018；Brassard和Lutolf，2019）。
随着细胞衰老，遗传和表观遗传改变不断积累，来自各种机制的基因组损伤触发DNA修复通路。然而，这些过程也可能导致突变、凋亡或细胞衰老。衰老的关键分子标志包括蛋白质糖基化、氧化和错误折叠。细胞外基质（ECM）蛋白，如胶原蛋白、弹性蛋白和角蛋白，极易受到非酶糖基化的影响，这改变了ECM的物理特性（Hu等，2018）。因此，本研究旨在生成基于Matrigel的类器官结构，以更好地模拟这些复杂的细胞和微环境变化。
线粒体衰老以一系列分子变化为特征，导致该细胞器的结构和功能退化，进而引起细胞完整性丧失（López-Otín等，2013；Sahin和DePinho，2012）。虽然衰老从根本上定义为这些细胞损伤随时间的积累，但我们对这些微观尺度变化如何导致更广泛组织和器官功能障碍的理解仍然有限（Acun等，2017）。类器官培养为弥合这一知识鸿沟提供了强大的解决方案。它们允许干细胞自组织成复杂的3D结构，高度模拟成熟组织的结构和生理功能（Dutta等，2017；McCauley和Wells，2017；Fernandes，2023）。因此，这些模型为在受控环境中研究线粒体衰退的系统性影响提供了先进的平台。
本研究专注于开发内分泌胰腺的体外衰老模型，以观察线粒体转移的再生效应。为实现这一目标，通过将衰老的大鼠胰岛来源的间充质干细胞（rPI-MSCs）分化，生成了胰岛样类器官。通过评估这些类器官的功能和代谢特征，我们表征了细胞衰老和线粒体衰退的特异性病理指标。最后，将rPI-MSCs（P4）分离出的线粒体递送到衰老类器官中，以验证模型并评估线粒体转移在挽救β细胞年龄相关功能障碍方面的功效。
章节摘要
细胞培养
本研究中使用rPI-MSCs最初是通过移植法从大鼠胰岛中分离而来，并进一步 engineered 为组成性表达MafA和Pax4的细胞系（Aciksari等，2018）。这些细胞系先前已经表征以确认其分化潜能。此外，这些细胞的间充质干细胞身份已通过基于流式细胞术的免疫表型分析和功能三系分化试验进行了严格验证
结果
细胞衰老通过延长的连续传代培养来诱导。在诱导衰老之前，rPI-MSCs（P7）表现出特征性的细长梭形形态，并倾向于形成薄网络结构（图1a）。然而，在连续培养28天后，P7-28细胞发生了显著的形态学转变，外观变得更短、扁平，更具上皮样特征（图1b）。与这些形态变化一致，定量分析显示
讨论
本研究证明，胰岛类器官中与年龄相关的功能衰退并非不可逆状态，而是可以通过外源性线粒体递送得到显著改善。我们的发现揭示，P7-28类器官中观察到的胰岛素分泌能力丧失和转录谱改变与线粒体功能不足密切相关。通过将供体干细胞中的线粒体成功内化至3D类器官中
结论
总之，我们成功建立了一种源自成年前体细胞的3D内分泌胰腺样类器官模型，利用时序性衰老方案来模拟细胞衰退特征。该模型有效地再现了细胞衰退的关键标志，最显著的是线粒体功能障碍和葡萄糖刺激的胰岛素分泌受损。由于观察到的病理特征表现为尽管分泌输出受损但细胞身份得以保留，因此该模型更贴近
CRediT作者贡献声明
Deren Aslan：写作 – 审阅与编辑、写作 – 初稿、可视化、软件、方法学、调查研究、形式分析、数据整理。G?khan Duruksu：写作 – 审阅与编辑、可视化、验证、监督、资源、项目管理、方法学、调查研究、获取资金、形式分析、概念构思。Candan Altuntas：写作 – 审阅与编辑、调查研究。Ahmet ?ztürk：可视化、软件、形式分析。Yusufhan Yazir：资源、
未引用参考文献
A?iksari等，2017
Li等，2021
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究由科贾艾利大学科学研究项目部门资助[资助编号：BAP-TYL-2020-2191]。
Deren Aslan|G?khan Duruksu|Candan Altuntas|Ahmet ?ztürk|Yusufhan Yazir
