客观日本

日本成功用人源iPS细胞制成功能性下丘脑-垂体单元

2020年01月20日 生物医药

日本名古屋大学研究生院医学系研究科糖尿病与内分泌内科学的笠井贵敏客座研究员、须贺英隆副教授及有马宽教授等人组成的研究团队,确立了利用人源人工诱导多能干细胞(人源iPS细胞)培养成熟的功能性垂体激素生成细胞的方法(图1)。

日本成功用人源iPS细胞制成功能性下丘脑-垂体单元

图1:利用人源iPS细胞分化垂体,红色是分化为形成垂体的细胞的部分。绿色是分化为垂体ACTH生成细胞的部分。

垂体相当于调控体内各种激素的指挥塔,在调控生长、代谢和应激反应等多种生命现象方面发挥着重要作用。垂体会根据周围环境调节和分泌激素,在维持全身稳态上起着重要作用。垂体激素生成细胞的功能下降的话会出现很多症状,尤其是促肾上腺皮质激素(ACTH)减少会引起肾上腺功能不全,甚至有生命危险。目前尚无垂体激素生成细胞功能下降的根本性治疗方法,主要通过补充缺少激素的补充疗法缓解。不过,现在的补充治疗存在无法充分应对不断变化的激素需求量的问题,补充激素不足的话可能引起肾上腺功能不全,而激素过剩则存在引发糖尿病和高血压的风险。如果能培养可以像活体一样响应周围环境的激素生成细胞,就有望维持更高的体内稳态,实现比以往的补充疗法更有效的治疗方法。

该研究团队2016年开发出了利用人源胚胎干细胞(人源ES细胞)培养垂体激素生成细胞的方法。此次对该方法进行改良,成功利用人源iPS细胞培养了垂体激素生成细胞。另外,此次还培养成功了使垂体激素生成细胞和下丘脑激素生成细胞在1个组织中共存的组织(下丘脑-垂体单元,图2)。通过使该单元共存,垂体激素的分泌能力提高,达到了与小鼠成体的垂体激素生成细胞相同的水平。此外,将下丘脑-垂体单元浸入低浓度葡萄糖溶液中后,分泌了ACTH。这表明,下丘脑和垂体共同作用于低血糖,此次培养的下丘脑-垂体单元被认为是对周围环境有反应的功能性细胞组织(类器官)。

日本成功用人源iPS细胞制成功能性下丘脑-垂体单元

图2:垂体激素生成细胞与下丘脑激素生成细胞共存的组织,左图是下丘脑与垂体共存的细胞块的整体图像。右上图为下丘脑区域的放大图,有CRH神经。右下图为垂体区域的放大图,有ACTH生成细胞。

此次的研究成果不仅可加快对垂体功能下降患者的再生医疗研究,还有助于研究与垂体和下丘脑有关疾病的病理等。相关研究成果已于2020年1月7日发布在英国科学期刊《Cell Reports》上。

论文信息
题目:Hypothalamic Contribution to Pituitary Functions is Recapitulated in vitro Using 3D-cultured Human iPS Cells
期刊:《Cell Reports》
DOI:https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.12.009

日文全文

文:JST客观日本编辑部翻译编辑

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