假胰岛系统有望促进胰腺和糖尿病的研究

人类胰岛的多细胞三维结构——胰腺中含有产生激素或内分泌细胞的区域——给研究人员在研究和操纵这些细胞的功能时提出了挑战，但范德比尔特大学医学中心的研究人员现在已经开发出一种伪胰岛系统，可以更容易地研究胰岛功能。

一个胰腺胰岛主要由β细胞α细胞还有delta细胞，但也包括许多支持细胞，如内皮细胞，神经纤维和免疫细胞，它们协同作为一个微型器官来控制血糖通过激素分泌。胰岛细胞分泌的胰岛素通过刺激外周组织摄取葡萄糖来降低血糖，而胰岛细胞分泌的胰高血糖素通过在肝脏中的作用来提高血糖。

胰岛细胞功能障碍是所有类型糖尿病的主要组成部分，更好地了解这种功能障碍可以改善疾病的治疗和管理。范德比尔特大学的科学家和世界各地的其他科学家已经利用小鼠模型和人体组织确定了糖尿病的潜在靶点，但由于缺乏操纵人类胰岛细胞中这些通路的系统，这一领域受到了限制。

2016年，由医学研究教授、糖尿病研究和培训中心胰岛采购和分析核心主任Marcela Brissova博士领导的VUMC团队开始尝试假胰岛系统的方案，进行了无数试验。2017年底，时任范德比尔特大学(Vanderbilt)医学博士/博士的拉查纳·哈利尤尔(Rachana Haliyur)在一份报告中表示:学生，含有支持血管细胞和内分泌细胞该组织将其命名为“范德比尔特伪岛媒体”。研究小组观察到这些细胞开始重新聚集，或以一种类似天然胰岛的方式组织自己。

“科学中的很多事情都是偶然发生的，这就是其中之一，”布里索瓦说。“我们尝试了很多次，都失败了，基本上都归结到我们细胞使用的媒体。在我们最近的出版物中，我们提供了所有实验细节和我们的方案，这样其他人就可以在他们自己的实验室制造媒体和创建假岛。”

由于人类胰岛的复杂结构，引进和操纵细胞通过胰岛球的第一细胞层是困难的。假胰岛系统允许研究人员将胰岛分离成单个细胞，将病毒引入细胞中进行基因操作，然后将细胞重新组合成假胰岛。这使得研究人员能够针对特定的细胞类型或复制疾病中发生的变化，并在胰岛的三维环境中进行研究。

约翰·“杰克”·沃克，医学博士他是Powers & Brissova研究组的一名学生，继续完善假胰岛系统方案，并是最近发表在美国临床研究学会(ASCI)出版的开放获取期刊JCI Insight上的一项基于该系统的研究的共同第一作者。

假胰岛系统使VUMC的研究人员能够更清楚地检查细胞内信号通路，允许基因操纵这些通路来改变它们的功能，并更好地了解胰岛素和胰高血糖素的分泌是如何被操纵而改变的。他们确定，Gi蛋白信号的激活降低了胰岛素和胰高血糖素的分泌，而Gq蛋白信号的激活刺激了胰高血糖素的分泌，但对胰岛素分泌有刺激和抑制作用。

此外，这种方法允许科学家将生物传感器引入胰岛细胞，以测量细胞内的细胞间信号事件，并更好地了解这些事件如何与激素分泌有关。

另一项进展是将假胰岛系统与独特的微流控装置相结合，该装置由迈阿密大学的共同作者Matthew ishak和Ashutosh Agarwal博士共同开发，使研究人员能够同时记录钙离子和钙离子的变化激素分泌。

Walker说:“这种方法令人兴奋的地方在于，我们既可以解构胰岛来进行操作，又可以重建胰岛，以便在更大的层面上理解功能后果。”“因为我们把胰岛细胞放回到一起，我们可以同时观察胰岛素和胰高血糖素的分泌，但以一种协调的方式。测量的这两种分泌特征也反映了正在发生的胰岛内相互作用。”

这项工作极大地得益于范德比尔特的研究环境和基础设施，特别是美国国立卫生研究院(NIH)资助的糖尿病研究和培训中心(DRTC)和范德比尔特细胞成像共享资源。

Haliyur说:“另一个研究方向将是创造复制特定疾病状态的假胰岛，比如1型糖尿病患者的假胰岛看起来像天然胰岛。”

布里索瓦说:“我们的系统正在我们自己的团队和同事的许多项目中使用，所以看到它将如何扩展到胰岛生物学的不同领域将是非常令人兴奋的。”“我相信这个系统将帮助我们更好地翻译来自小鼠模型研究的信息，人类1型和2型糖尿病研究中识别的基因的测试效果，以及更好地研究未来疗法的机制。”

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