實驗室培養出的血管類器官(圖:奧地利科學院)

科學家首次成功在培養皿中培育出人類的血管類器官(organoid)。這項技術的問世,將有助於糖尿病等血管疾病的研究。該研究或能找出預防血管病變的新方法,而血管病變正是糖尿病患者罹病及死亡的主因。

血管類器官

根據估計,糖尿病影響全世界 4.2 億人。許多糖尿病症狀皆源於血液循環障礙及組織供氧不足所導致的血管病變。儘管這種情況普遍存在,但人們對糖尿病引起的血管變化所知不多。而這個限制延緩了醫學界研發治療方法的速度。

為了解決這個問題,奧地利科學院(Austrian Academy of Sciences)生命科學研究院院長約瑟夫·彭寧格教授(Josef Penninger)領導的研究團隊,開發出一種突破性的模型:在培養皿中培養出三維人類血管類器官。這種「血管類器官」(vascular organois)可以在實驗室利用幹細胞培養出來,並可模擬真實的人體血管構造及功能。

「類器官」是利用幹細胞在培養皿中生長出的三維結構,它能模擬器官的結構及功能,可應用於器官方面的醫學研究。

彭寧格教授表示:「能夠用幹細胞建構出人類血管的類器官,是一種改變遊戲規則的方法。我們體內的每種器官都會連結到血液循環系統。因此這個研究結果或許能幫助科學家揭露阿茲海默症、心血管疾病、傷口癒合問題、中風、癌症和糖尿病等各種血管疾病的原因和治療方法。」

可在老鼠體內培養

當研究人員將這種血管類器官移植到老鼠體內時,他們發現這個類器官能成功發育出完善的人類血管,包含動脈和微血管。這個發現說明,在培養皿中利用人體幹細胞培養出血管類器官是可能的,而且要在其他物種身上培養出具有功能性的人類血管系統也是可能的。

奧地利科學院分子生物技術研究所研究員萊納·維莫爾博士(Reiner Wimmer)表示:「我們的研究工作中,最令人興奮的莫過於我們成功利用幹細胞培養出真正的人類血管。我們的血管類器官與人類血管具有高度相似度,因此我們現在能利用它們直接在人類組織上進行血管疾病的研究。」

治療糖尿病

糖尿病的一項特色就是血管出現基底膜(basement membrane)異常增厚的情形,造成氧氣和養分運輸到組織的過程受到嚴重的障礙,造成許多健康問題的出現,包括腎衰竭、心臟病、中風、失明、周邊動脈疾病,最後導致截肢。

研究人員將培養皿中的血管類器官置於糖尿病的環境後,維莫爾表示:「令人驚訝的是,我們發現到血管類器官中的基底膜同樣有大幅擴張的現象。這種典型的基底膜增厚和糖尿病患者體內的血管病變非常相似。」

接著,研究人員尋找能阻止血管壁增厚的化合物。他們發現,現行所有的抗糖尿病藥物對這種血管異常都沒有正面的效果。不過,他們發現一種 γ 分泌酶抑制劑(γ-secretase inhibitor)能防止血管壁變厚,這是一種由人體自然分泌的酵素。這說明至少在動物實驗上,阻斷 γ 分泌酶可能有助於糖尿病的治療。

研究人員表示,這項發現有助於他們了解血管疾病的成因,並能協助他們研發治療糖尿病的新策略。

 

參考資料:

  1. Thandi Fletcher. (Jan 16 2019). Scientists Grow Perfect Human Blood Vessels in a Petri Dish. UBC News
  2. Reiner A. Wimmer, et al., (Jan 16 2019). Human blood vessel organoids as a model of diabetic vasculopathy. Nature
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