Sartorius & Science Prize亞軍研究:構(gòu)建更好的膽管

在肝臟內(nèi)，膽管以管道網(wǎng)絡(luò)形式分布，可將肝臟分泌的膽汁輸送到腸道。在膽道疾病中，膽汁運(yùn)輸障礙會(huì)導(dǎo)致肝臟內(nèi)毒性膽汁淤積、肝臟損傷及永久性瘢痕 （肝硬化），最終只能通過(guò)肝移植來(lái)治療。實(shí)際上，膽道疾�。�膽管�。┦菍�(dǎo)致兒童肝移植的首要病因（70%），占成人肝移植病因的三分之一。

雖然此類(lèi)疾病影響巨大，但我們對(duì)于膽道疾病發(fā)病機(jī)制的了解仍十分有限，一方面由于缺乏有效的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停�另一方面因�(yàn)槟懝芗?xì)胞（膽管上皮細(xì)胞）體外培養(yǎng)非常困難。此外，目前治療方法有限，既缺少特效藥物，也缺乏手術(shù)重建或替換病灶膽管所需的正常細(xì)胞和組織。我的研究重點(diǎn)就是解決這些難題。

具體而言，我的研究目標(biāo)是開(kāi)發(fā)一套適合人膽管上皮細(xì)胞體外生長(zhǎng)的系統(tǒng)；利用這些細(xì)胞構(gòu)建膽管病體外模型；并利用這種體外模型篩選、測(cè)試和發(fā)現(xiàn)新的膽道疾病治療藥物。我還嘗試?yán)�用健康膽管�?xì)胞構(gòu)建生物工程膽管，并在動(dòng)物模型中證明其能夠用于膽道的手術(shù)重建或替換。

培養(yǎng)人膽管上皮細(xì)胞

人膽管上皮細(xì)胞的培養(yǎng)面臨兩大阻礙，即：不通過(guò)手術(shù)方式獲取膽管組織，以及膽管上皮細(xì)胞原代培養(yǎng)過(guò)程中功能會(huì)喪失。為了解決組織獲取的問(wèn)題，我設(shè)計(jì)了一套從人誘導(dǎo)性多能性干細(xì)胞 (hIPSC) 獲取膽管上皮細(xì)胞的操作流程，而hIPSC可方便地從患者皮膚樣本中獲得。

為了在體外培養(yǎng)中保留人膽管上皮細(xì)胞的功能和特性，我采用三維培養(yǎng)方式將細(xì)胞培養(yǎng)成類(lèi)器官，后者呈現(xiàn)中心有空腔的囊狀或管狀結(jié)構(gòu) (1, 2)。類(lèi)器官圍繞管腔逐漸發(fā)育形成的結(jié)構(gòu)類(lèi)似于天然的膽道，這種hIPSC來(lái)源的膽管上皮細(xì)胞功能更好，生長(zhǎng)更快。該方法也首次實(shí)現(xiàn)了利用切除的膽管或膽囊大量培養(yǎng)人原代膽管上皮細(xì)胞 (3)。

為了證明這種類(lèi)器官平臺(tái)既具有培養(yǎng)優(yōu)勢(shì)，又能保留正常的膽管上皮細(xì)胞功能，我將hIPSC來(lái)源的膽管上皮細(xì)胞或原代培養(yǎng)物與人體內(nèi)膽管細(xì)胞進(jìn)行了生理和功能比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，類(lèi)器官培養(yǎng)獲得的膽管上皮細(xì)胞與體內(nèi)來(lái)源的人膽管細(xì)胞類(lèi)似，是目前為止最為準(zhǔn)確的體外膽管上皮細(xì)胞平臺(tái)。

構(gòu)建膽道疾病體外模型

我假設(shè)，膽道疾病患者的膽管上皮細(xì)胞在體外培養(yǎng)時(shí)可重現(xiàn)這些疾病的關(guān)鍵特征。通過(guò)采用Alagille綜合征 （AGS）、多囊性肝病 （PLD） 和囊性纖維化 （CF） 患者的膽管上皮細(xì)胞來(lái)驗(yàn)證這一設(shè)想。無(wú)一例外，上述每種疾病的表型都在實(shí)驗(yàn)中得以重現(xiàn) （AGS，缺乏管腔；PLD，形成囊腫；CF，類(lèi)器官管腔氯轉(zhuǎn)運(yùn)缺陷），從而為上述疾病提供了首個(gè)體外膽道模型 (1)。

藥物篩選

隨后，我利用構(gòu)建的疾病模型對(duì)已知藥物（奧曲肽）和新藥化合物進(jìn)行篩選，結(jié)果顯示，一種最初用于治療肺囊性纖維化的實(shí)驗(yàn)性藥物（VX809），也可用于預(yù)防肝囊性纖維化 (1)。這一發(fā)現(xiàn)極為重要，因?yàn)閂X809已經(jīng)進(jìn)入2期臨床試驗(yàn)，有望很快對(duì)肝囊性纖維化治療進(jìn)行檢驗(yàn)。該結(jié)果是體外篩選膽道疾病藥物的首批成功應(yīng)用。

生物工程膽管的構(gòu)建和移植

在某些情況下，例如膽管閉鎖，也是兒童肝移植的首要病因，膽道系統(tǒng)的共同出口（膽總管）缺失，唯一的治療方法就是手術(shù)。此時(shí)，使用生物工程膽管可以作為肝移植外的另一種選擇。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我開(kāi)發(fā)了一種使用正常膽管上皮細(xì)胞構(gòu)建生物工程膽管和膽管組織的方法 (3)。這種生物工程器官保留了人體膽管的構(gòu)造、結(jié)構(gòu)特性、標(biāo)志物和功能（堿性磷酸酶和γ-谷�；�轉(zhuǎn)移酶活性）。

將這種生物工程膽管移植到免疫缺陷小鼠體內(nèi)，成功替代了原本的膽管。此外，接受人工膽管移植的小鼠肝功能正常，生存期延長(zhǎng)。據(jù)我所知，這是首次在膽管系統(tǒng)中應(yīng)用器官工程，也是使用類(lèi)器官構(gòu)建生物工程器官的首例報(bào)道。

結(jié)論

本研究開(kāi)發(fā)的一系列工具在膽道疾病領(lǐng)域具有獨(dú)特的轉(zhuǎn)化應(yīng)用。我已證實(shí)，膽管上皮細(xì)胞類(lèi)器官系統(tǒng)構(gòu)建了首個(gè)體外膽道疾病模型。這些模型可加深我們對(duì)于疾病發(fā)生機(jī)制的了解，并且可進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)移，讓該領(lǐng)域工作的多個(gè)研究組獲益。此外，該系統(tǒng)搭建了膽道疾病藥物篩選的首個(gè)平臺(tái)，并且我已從原理上驗(yàn)證，該系統(tǒng)在肝移植作為唯一治療手段的膽道疾病領(lǐng)域展現(xiàn)出新藥開(kāi)發(fā)潛力。

最后，通過(guò)構(gòu)建工程膽管，我從原理上驗(yàn)證了再生醫(yī)學(xué)可以作為膽道疾病的一種治療方法，并且通過(guò)開(kāi)發(fā)出適用于多種器官和組織再生的技術(shù)，推動(dòng)器官再生領(lǐng)域的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)
1.F. Sampaziotis et al., Nat. Biotech 33, 845 (2015).
2.F. Sampaziotis et al., Nat. Protocols 12, 814 (2017).
3.F. Sampaziotis et al., Nat. Med. 23, 954 (2017).

本文由賽多利斯翻譯，閱讀英文原文請(qǐng)點(diǎn)擊：http://science.sciencemag.org/content/359/6380/1113.2.full

第二屆Sartorius & Science Prize已如約而至！

快來(lái)參與評(píng)選，向全世界展示你的研究成果！點(diǎn)擊圖片了解活動(dòng)詳情

關(guān)于賽多利斯

賽多利斯集團(tuán)是國(guó)際領(lǐng)先的制藥和實(shí)驗(yàn)室設(shè)備供應(yīng)商，包含兩大業(yè)務(wù)部門(mén)：生物工藝部門(mén)和實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品與服務(wù)部門(mén)。生物工藝部門(mén)擁有廣泛的產(chǎn)品組合，主要致力于一次性使用解決方案，幫助客戶安全有效地生產(chǎn)生物技術(shù)藥物和疫苗。實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)品與服務(wù)部門(mén)則通過(guò)其優(yōu)質(zhì)的實(shí)驗(yàn)室儀器、耗材和服務(wù)，為實(shí)驗(yàn)室研究、制藥和生物制藥的質(zhì)量保證以及學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)提供產(chǎn)品和服務(wù)，滿足其需求。公司成立于1870年，總部位于德國(guó)哥廷根，在全球設(shè)有50多個(gè)生產(chǎn)和銷(xiāo)售基地。

聯(lián)系我們                         

電話：400.920.9889 / 800.820.9889
傳真：021.68782332
郵箱：info.cn@sartorius.com
官網(wǎng)：www.sartorius.com.cn

想獲取更多活動(dòng)和技術(shù)信息嗎？
關(guān)注“賽多利斯生物工藝”官方微信，了解更多