胆汁有助于促进小肠内脂质的吸收,但对肝脏细胞有很强的毒性。因此必须通过肝内或肝外胆管将胆汁排除体外。胆管损伤将引起致命的肝脏疾病,常用的是通过植入人造的生物工程胆管进行治疗。Sampaziotis等在Nature Medicine上发表了生成人造胆管的方法,利用此胆管替代普通的小鼠胆管。
胆管内壁由胆管细胞(cholangiocytes)组成。因此,体外培养胆管的第一步是产生肝外胆管细胞。之前的相关研究已成功从人体多功能干细胞中产生肝胆管细胞,但肝内和肝外胆管细胞具有不同的起源和功能,这些方法不能用于产生肝外胆管细胞。另一种替代方法是将肝外胆管细胞从胆囊中分离出来。但分离的细胞在二维层中生长时具有有限的增殖潜力,使其难以产生足够的细胞形成胆管。
Sampaziotis等人揭示肝外胆管细胞可通过刷洗或刮擦等机械方式从人体肝外胆管内部分离。他们通过筛选支持肝外胆管细胞组织生长(ECO)的蛋白质调整肝外胆管细胞的有机体培养系统。他们着重于EGF、R-spondin和DKK1这三类细胞。这些ECOs细胞可以在长期培养(培养皿中生长20个细胞周期)后作为成熟胆管细胞发挥作用。此外,这个方法产生的细胞比2D培养基的多,增加了临床用途的可能性。
Sampaziotis等人检测了ECO细胞形成胆汁组织的潜力。他们将ECOs中的胆管细胞植入可支持组织再生的聚乙醇酸制成的可生物降解的支架上。ECOs生成的胆管细胞生长良好,覆盖支架,而2D条件下培养的胆管细胞则没有。
那么ECOs细胞可以用于修复体内受伤的组织吗?研究人员破坏了小鼠的胆囊,将ECOs生成的胆管细胞的支架移植到小鼠器官中。胆囊被重建,小鼠存活下来且没有并发症。相比之下,对比实验组接受无细胞支架的小鼠死亡,原因是因为胆汁从胆囊渗漏。
Sampaziotis等人进行了更深的探索,他们制备了胆管形状的生物工程组织。之前有研究将一个移植的、可生物降解的聚合物管单独用于代替猪的胆管。在Sampaziotis等人的系统中,自然胆管细胞迁移至移植组织上并形成新的胆管,但是尚不清楚此做法是否会产生与胆管细胞相关的疾病。因此更好的解决方法是在移植之前用具有功能性胆管细胞填充此管。
这是再生医学肝外胆管发育的重要一步。目前的手术技术是去除肝外胆管并将肝脏直接连接到肠道,这对治疗胆管疾病是有效的,但往往会导致肝内胆管内由肠道传播的感染。这些问题很大程度上可以通过使用生物工程管道作为肝脏和肠道之间的桥梁来避免。
一个潜在的缺陷是为患者生成生物人造胆管所需的时间。此外,这些疾病患者的管道通常含有大量的结缔组织和炎症组织,从而阻止了正常胆管细胞的收集。生物工程胆管的快速生产或现时供应在未来将至关重要。这项工作对组织再生的研究有明显的意义。随着肝外胆管的生产,接下来的挑战是在实验室中将这些片段组装成功能性肝脏。
(李亚清 编译)