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本文由Hans Clevers团队的科研人员12月2日在线发表于Cell杂志。原文衔接请点击文章最后的阅读原文。
可长期培养的人类胎儿胰腺类器官
文章创新点
1. LGR5+ 三能干/祖细胞的鉴定
该研究首次识别并表征了LGR5 作为人类胎儿胰腺中三能干/祖细胞的标志物。这些细胞是形成胰腺三大主要谱系（腺泡、导管和内分泌细胞）的前体细胞。这一发现尤为重要，因为此前在胰腺发育过程中尚未明确存在这样一种标志物用于标识三能干/祖细胞。
2. 长期扩增的人类胎儿胰腺类器官 (hfPOs)
研究展示了在体外环境中成功建立并长期扩增人类胎儿胰腺类器官 (hfPOs) 的能力，维持时间超过两年。这些类器官保留了分化为胰腺三大谱系的潜力，与此前模型相比，在培养时间和谱系分化能力方面实现了突破性进展。
3. 功能性多谱系分化能力
从类器官衍生的细胞能够生成功能性的腺泡、导管和内分泌细胞，并且在结构和分子特性上与人类胎儿胰腺组织相似。能够重新构建这些复杂的胰腺上皮结构显著优于此前仅关注单一谱系（如糖尿病研究中的β细胞）发展的模型。
4. 与现有模型的比较
现有基于诱导多能干细胞（iPSCs）或组织驻留干细胞的模型往往无法同时展现三能性、长期培养能力或上皮细胞的异质性重建能力。该研究通过利用自然指定的胎儿胰腺干细胞有效弥补了这些不足。
5. 类器官技术的实验平台价值
成功建立的类器官成为研究人类胰腺发育的强大实验平台，并为潜在的治疗应用（如生物样本库和组织工程）奠定了基础。
该研究在拓展人类胰腺生物学理解的同时，为胰腺发育、疾病建模和再生医学应用提供了一个多功能模型系统。
文章解析
背景
胰腺由三种主要的上皮细胞群体组成——腺泡细胞、导管细胞和内分泌细胞，它们起源于一个暂时性的多能胰腺前体细胞。尽管小鼠研究在揭示胰腺发育机制方面取得了显著进展，但由于物种差异和模型限制，人类胰腺生物学的研究相对较少。现有的体外模型（如基于iPSCs的模型）往往无法完全复制人类胰腺组织的细胞异质性或长期生长潜力。本研究旨在通过鉴定人类胎儿胰腺中的三能干/祖细胞并开发长期可扩展的类器官，填补这一领域的研究空白。
研究结果
人类胎儿胰腺类器官 (hfPOs) 的建立
从胎龄15至16周的胰腺组织中成功衍生出类器官，并在体外培养超过两年，同时保持分化为腺泡、导管和内分泌谱系的潜力。
LGR5+ 细胞作为三能干/祖细胞的标志物
研究识别了稀有的LGR5+ 细胞，并确定其为能够生成三种胰腺谱系的干细胞/祖细胞。单个 LGR5+ 细胞衍生的类器官在体外完全重现了这种三能性。
谱系的表征
通过 RNA 测序和免疫组织化学分析，hfPOs 表现出与人类胎儿胰腺组织的分子和结构相似性，包括生成功能性的内分泌（如胰岛素分泌的β细胞）和消化酶分泌的腺泡细胞。
发育层级的重现
类器官衍生细胞反映出与体内胰腺组织类似的发育层级，支持 hfPOs 作为研究胰腺发育的模型系统的潜力。
技术方法
类器官分离与培养
胎儿胰腺组织被嵌入基底膜基质，并在优化培养条件下促进生长和分化。
单细胞和批量 RNA 测序
通过转录组分析，绘制发育轨迹并鉴定关键标志物（如三能的 LGR5+ 细胞）。
CRISPR-Cas9 基因编辑
利用基因编辑工具生成标记谱系特异性标志物的报告基因系，便于可视化和追踪腺泡与内分泌分化。
分化实验
在特定培养基条件下诱导类器官分化为特定谱系，并通过显微镜、流式细胞术和生化分析评估功能性标志物。
移植研究
将类器官移植到免疫缺陷小鼠中，评估其体内植入和分化能力。
讨论
本研究建立了一个强大的模型，用于研究人类胰腺发育和疾病。LGR5+ 细胞的三能性鉴定对再生医学具有重要意义，有助于深入理解干细胞生物学及其分化路径。长期维持类器官的能力拓展了其在疾病建模、药物筛选和潜在治疗应用（如用于糖尿病的胰岛细胞移植）中的用途。
研究的局限性
发育阶段限制
类器官来源于中期胎儿组织（15-16周），尚不清楚它们在更早或更晚发育阶段的胰腺生物学表现。
缺乏非上皮成分
类器官系统缺乏间充质和血管成分，限制了其完全复制体内微环境的能力。
功能性成熟的限制
虽然 hfPOs 能够分化为功能性细胞，但其成熟水平（特别是内分泌β细胞）可能无法完全匹配成年组织。
转化应用的挑战
尽管在发育生物学研究中前景广阔，但在治疗背景下的规模化生产和与宿主组织整合仍需进一步验证。
Hans Clevers及其研究团队简介
Hans Clevers是全球知名的分子遗传学家和干细胞及类器官研究的开创者。他现任罗氏公司药物研究与早期开发（pRED）部门负责人，同时兼任人类生物学研究所（IHB）代理所长。他还担任休伯特研究所（Hubrecht Institute）的顾问和客座研究员。克莱弗斯在Wnt 信号通路 的研究方面做出了开创性贡献，深入揭示了其在组织再生和癌症中的作用。他的研究为类器官技术奠定了基础，实现了从干细胞体外培养“迷你器官”的可能。
研究团队的主要成就
- 鉴定 LGR5+ 干细胞
发现LGR5+ 干细胞 是组织再生的关键细胞群。 - 开发长期培养技术
为多种器官特异性类器官（如肠道、胰腺和肝脏）提供长期培养技术。 - 推进类器官应用
推动类器官在疾病建模、药物测试和个性化医疗中的应用。
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