研究背景与重要性

 

胰腺作为人体内消化和内分泌功能的重要器官，其复杂的结构和功能长期以来使其成为生命科学研究中的一大挑战。胰腺主要由三种细胞类型组成：腺泡细胞、导管细胞和内分泌细胞，每种细胞都执行着独特的生物学功能。近年来，随着类器官技术的发展，科学家们能够更深入地模拟和研究这些复杂组织的功能。

 

然而，如何从人类胰腺组织中获得一种可以在体外长期维持并具备分化潜力的干细胞群，一直是科学界亟待解决的问题。直到最近，《Cell》杂志上发表的一项研究报道了通过分析人类胎儿胰腺组织，发现了一种特定标记基因LGR5+的干细胞，这种干细胞不仅能够在体外长期扩增，还能分化为胰腺的三大主要细胞类型——腺泡细胞、导管细胞和内分泌细胞。这一突破为类器官技术的应用开辟了新的前景。

 

#### 研究方法与成果

 

##### 胰腺类器官的构建

 

研究人员从8至17周的人类胎儿胰腺组织中分离出细胞，并嵌入基质提取物（如BME或Matrigel）中进行三维培养。经过对超过40种培养基组合的测试，研究团队找到了一种最优的培养基配方（hfPO培养基），该配方显著促进了干细胞的增殖和分化。在培养过程中，他们还通过手动挑选的方法筛选出了具有更高多能性的芽状（budding）类器官，而非囊泡状（cystic）类器官。

 

最终，研究团队成功建立了18种人类胎儿胰腺类器官（hfPOs），这些类器官能够在优化的条件下长期维持生长，并展现出分化为所有三种胰腺主要细胞类型的潜力。这是首次实现人类胰腺三种主要细胞类型的体外生成。

 

##### 单细胞RNA测序与基因标记

 

为了进一步验证这些类器官的功能性和多能性，研究人员采用了单细胞RNA测序（scRNA-seq）技术对hfPOs进行了详细的分析。结果表明，LGR5+细胞占据了干细胞层级的核心位置，其基因表达模式与胎儿胰腺组织中的干细胞高度相似。此外，LGR5+细胞同时表达了其他胰腺干细胞标记基因，如PDX1、SOX9等，这证明了它们具备分化为不同胰腺细胞的能力。

 

##### 分化实验与形态学分析

 

为了评估hfPOs的多能性，研究团队分别将类器官置于促腺泡细胞分化（hfPO-AC培养基）和促内分泌细胞分化（hfPO-EC培养基）的条件中进行诱导培养。实验结果显示，在相应的培养条件下，类器官能够成功生成多种功能性细胞。例如，在腺泡细胞分化条件下，类器官生成了胰蛋白酶和淀粉酶等消化酶；而在内分泌细胞分化条件下，则分泌了胰岛素和胰高血糖素等关键激素。这些功能性细胞的生成通过免疫荧光标记和电子显微镜分析得到了进一步验证。

 

##### 与胰腺组织的比较

 

通过单细胞转录组数据对比，研究人员发现，hfPOs在基因表达谱和细胞组成上与胎儿胰腺组织高度相似，尤其是在胰腺发育的早期阶段。这种相似性表明，hfPOs能够在体外准确重建胎儿胰腺的细胞环境，从而为糖尿病、胰腺炎等疾病的机制研究提供了全新的工具。

 

#### 结论与未来展望

 

这项研究不仅揭示了LGR5+干细胞在人类胎儿胰腺组织中的作用，而且开发了一种能够在体外长期扩增并具备分化潜力的类器官系统。这对于推动再生医学和疾病模型的研究具有重要意义。未来，基于这些发现，科学家们可以更深入地探索胰腺相关疾病的病理机制，并开发更加有效的治疗方法。此外，该研究也为个性化医疗提供了可能，例如通过患者特异性类器官来测试药物反应，从而实现精准治疗。