
血管网络主要围在胰岛外侧
2025 年发表于 Developmental Cell 的研究,将人多能干细胞来源胰岛类器官与人内皮细胞、成纤维细胞共同培养,分析血管支持能否改善胰岛的刺激反应。作者单位包括美国加州大学圣迭戈分校(University of California San Diego)及韩国、德国的合作机构。
血管化组形成了包围胰岛的微血管网络,胰岛细胞与血管相邻,但血管很少深入胰岛内部。这与天然胰岛中的密集内部血管仍有区别。研究者同时调整了共同培养环境,使血管细胞与胰岛细胞都能保留较好的状态。
反应细胞增多,钙信号峰值并未全面升高
研究先用高葡萄糖,再以高葡萄糖加 Exendin-4 刺激,观察胰岛 β 细胞的钙信号。Exendin-4 是胰高血糖素样肽-1 受体激动剂,可用作胰岛分泌反应的药理刺激。血管化组中,对葡萄糖和 Exendin-4 均产生反应的细胞比例较高。
与非血管化组相比,血管化组的钙信号曲线下面积增加,峰值未显著升高。
与装置外培养的血管化胰岛相比,灌流微流控装置中的血管化胰岛在刺激后显示更持久的钙信号。该项分析包括来自 6 个装置的 8 个胰岛;同一胰岛内的多细胞记录用于描述反应差异,细胞数、胰岛数与装置数分别统计。
基底膜与细胞交流为成熟变化提供线索
研究者用单细胞转录数据识别胰岛细胞、内皮细胞与成纤维细胞,并分析潜在的配体–受体联系。预测的细胞间相互作用多涉及细胞外基质与受体信号,为后续的基质和 BMP4 实验提供了线索。
显微观察支持另一条线索:与血管相邻的胰岛表面,层粘连蛋白、Ⅳ 型胶原及活化的整合素 β1 更丰富。以基质环境作进一步比较时,部分 β 细胞的反应比例有所改善,但钙信号面积和峰高并未同步增加。不同成熟指标并不总朝同一方向变化。
BMP4 改善部分功能指标,仍有不响应细胞
研究还比较了骨形态发生蛋白 4(bone morphogenetic protein 4,BMP4)对功能的影响。低浓度处理可改善葡萄糖刺激后的 C 肽分泌;其中一个比较条件还提高了产生钙反应的细胞比例、葡萄糖刺激下的钙信号峰值及细胞间同步性。BMP4 在这里用于研究模型成熟过程,Exendin-4 则作为药理刺激,两项比较的目的不同。
C 肽分泌与钙成像采用不同样本单位:前者按多个胰岛合并的样本测量,后者分析胰岛及其中细胞。基因表达变化、细胞反应比例、钙信号和分泌量相互补充,也各自回答不同问题。
作者另外进行了小鼠移植比较,观察到血管化组较好的部分功能表现,但这与芯片内的刺激实验属于不同证据。体外模型中仍有细胞不能响应刺激,血管密度和组织构成也尚未达到天然胰岛水平。
血管支持提高了刺激后的反应细胞比例;与装置外血管化组相比,装置内灌流组的钙信号更持久。模型仍存在内部血管不足和部分细胞不响应的情况,组织结构与功能成熟度还需要分别评价。