东方时讯网麻省理工学院(MIT)的工程师与英国曼彻斯特癌症研究所的科学家合作，开发了一种从健康或癌性胰腺细胞中培养胰腺“类器官”(胰腺的微小复制品)的新方法。使用专门的合成水凝胶支架来模拟细胞外环境，研究人员能够生长微小的胰腺类器官结构，可用于研究胰腺肿瘤与其环境之间的重要相互作用。他们希望新模型能够帮助研究人员开发和测试治疗胰腺癌的潜在药物，胰腺癌是最难治疗的癌症类型之一。研究人员表明，该凝胶还可以用于生长其他类型的组织，包括肠道和子宫内膜组织。
重要的是，与一些常用于生长组织的动物源性水凝胶不同，合成水凝胶支架易于组装，并且每次都可以以一致的成分生产。“可重复性问题是一个主要问题，”工程学院教学创新教授、生物工程和机械工程教授LindaGriffith博士说。“研究界一直在寻找对此类类器官进行更有条理的培养的方法，特别是控制微环境。”
Griffith和英国曼彻斯特癌症研究所的组长ClausJorgensen博士是该团队论文的高级作者，该论文发表在《自然材料》杂志上，题为“一种受微环境启发的胰腺导管腺癌合成三维模型”主要作者是ChristopherBelow，他是英国曼彻斯特癌症研究所的前研究生。
在体内，肿瘤细胞嵌入在作者所说的“复杂环境”中，其中包括强制宿主细胞和“病理重塑”的细胞外基质(ECM)的混合物，它们共同支持免疫抑制。因此，尽管捕捉人类肿瘤病理生理学特征的实验体外模型“对于基础和转化癌症生物学至关重要”，作者继续说道，但忠实复制基质环境的模型“......对于改善治疗策略的开发至关重要”。
传统上，实验室使用市售的动物源性凝胶在实验室培养皿中培养类器官。然而，格里菲斯解释说，由于最广泛使用的商业凝胶是蛋白质、蛋白聚糖和源自小鼠肿瘤的生长因子的复杂混合物，因此批次之间存在差异，并且存在不良成分。它也不总是允许多种类型的细胞生长。“因此，肿瘤细胞和微环境之间的相互依赖性在这个系统中没有得到充分的建模，”作者指出。
大约十年前，格里菲斯的实验室开始致力于设计一种合成凝胶，可用于培养上皮细胞，这些细胞与其他支持细胞一起形成排列在大多数器官上的薄片。他们开发的凝胶基于聚乙二醇(PEG)，这种聚合物通常用于医疗应用，因为它不与活细胞相互作用。研究人员继续说道：“当代的合成支架，例如基于聚乙二醇(PEG)的水凝胶支架，为细胞和组织衍生的基质提供了多种优势，包括对生长条件的精确控制。”
通过研究围绕体内器官的ECM的生化和生物物理特性，研究人员能够识别出可以融入PEG凝胶中以帮助细胞在其中生长的特征。“……我们着手为胰腺类器官开发一种设计合理的合成3D模型，该模型可以同时捕获组织微环境的相关生理成分，”该团队解释道。“我们设想一个理想的模型将复制基本的细胞-ECM相互作用，模拟在正常组织和荷瘤组织中观察到的组织硬度范围，支持上皮细胞和基质细胞的共培养，并直接从组织样本中促进类器官的生长和发育。”
“为了使基因工程小鼠模型和人类患者的正常和癌性胰腺类器官能够生长，根据经验定义了基本的粘附线索并在水凝胶支架中复制，揭示了层粘连蛋白-整合素α3/α6信号在胰腺组织的建立和存活中的功能作用。胰腺类器官，”研究人员说。“通过调整水凝胶特性以参与机械传感途径并改变类器官的生长，可以在培养物中重现组织硬度的改变(胰腺癌的标志)。”
在他们新报告的研究中，格里菲斯和乔根森想看看新的凝胶是否可以用来支持正常胰腺类器官和胰腺肿瘤的生长。传统上，很难以复制癌细胞和支持环境的方式生长胰腺组织，因为一旦胰腺肿瘤细胞从体内移除，它们就会失去其独特的癌性特征。
格里菲斯的实验室开发了一种生产新凝胶的方案，然后与研究胰腺癌生物学的乔根森实验室合作对其进行测试。乔根森和他的学生能够生产这种凝胶，并利用来自小鼠的健康或癌性胰腺细胞，用它来培养胰腺类器官。这种新型凝胶的优点之一是它是完全合成的，可以在实验室中通过将特定的前体(包括PEG和一些多肽)混合在一起轻松制备。“我们从琳达那里得到了方案，并加入了试剂，然后它就起作用了，”乔根森说。“我认为这充分说明了该系统的强大程度以及在实验室中实施的容易程度。”
他说，他们尝试过的其他方法过于复杂，或者无法重现活体组织中的微环境。使用新的凝胶，乔根森的实验室能够将胰腺类器官与他们在活体小鼠中研究的组织进行比较，他们发现肿瘤类器官表达了许多与胰腺肿瘤中相同的整合素。此外，通常围绕肿瘤的其他类型的细胞，包括巨噬细胞(一种免疫细胞)和成纤维细胞(一种支持细胞)也能够在微环境中生长。
研究人员还能够使用他们的凝胶从患者的胰腺癌细胞中培养类器官，并相信该系统可用于研究肺癌、结直肠癌和其他癌症，并可用于分析潜在的抗癌药物如何影响肿瘤及其微环境。他们总结道：“这种设计合理且易于使用的PEG系统以可重复且明确的方式提供了精确的生长控制，以支持未来在相关微环境中对人类和小鼠胰腺类器官进行基础和转化研究。”“因此，该模型概括了病理重塑的肿瘤微环境，用于体外研究正常细胞和胰腺癌细胞。”
格里菲斯还计划使用这种凝胶来培养和研究子宫内膜异位症患者的组织，子宫内膜异位症会导致子宫内膜组织在子宫外生长，从而导致疼痛，有时甚至导致不孕。研究人员已就该技术申请了专利，并正在将其授权给一家可以商业化生产这种凝胶的公司。