来自《自然》杂志
日本科学家利用诱导干细胞在培养皿中创造出类似肝脏的组织。
尽管他们尚未发表研究结果，并且还有许多工作要做，但这项成就可能具有重大的临床意义。如果结果得到证实，它们也将构成在诱导干细胞自我组织成器官能力方面的重大进展。
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这项工作由日本横滨市立大学的干细胞生物学家竹部孝典上周在横滨举行的国际干细胞研究学会年会上提出。“这让我大开眼界，”马萨诸塞州波士顿儿童医院干细胞移植项目主任乔治·戴利说，他是该会议的主席。
英国爱丁堡大学研究肝脏再生的斯图尔特·福布斯说，“这听起来像是一项真正的进步”。福布斯还担任苏格兰肝移植部门的顾问，他说这项进展有朝一日可能有助于避免许多未能活到获得新肝脏的患者目前经历的“黯淡结局”。
但竹部描述的肝脏离那一步还很远。竹部介绍了他的团队如何使用诱导多能干细胞 (iPS) 来培育器官的，这些干细胞是通过将人类皮肤细胞重新编程为胚胎样状态而产生的。研究人员将细胞放置在专门设计的培养基中的生长板上；九天后，分析表明它们含有成熟肝细胞（称为肝细胞）的生化标志物。
在那个关键时刻，竹部添加了另外两种已知有助于在动物中重建类器官功能的细胞：内皮细胞（来自脐带，排列在血管内）和间充质细胞（来自骨髓，可以分化为骨骼、软骨或脂肪）。两天后，这些细胞组装成一个5毫米长的三维组织，研究人员将其标记为肝芽——肝脏发育的早期阶段。
正在开发中
该组织缺少胆管，肝细胞也没有像真实肝脏那样形成整齐的板层。从这个意义上说，虽然它在某种程度上概括了胚胎生长，但它并没有像另一位日本研究人员最近报道的视杯那样忠实地匹配这一过程。但该组织确实具有血管，当移植到小鼠皮肤下时，这些血管证明具有功能性。基因测试表明，该组织表达了在真实肝脏中表达的许多基因。而且，当移植到小鼠体内时，该组织能够代谢一些人类肝脏代谢但小鼠肝脏通常不能代谢的药物。该团队声称，他们的工作是“第一个证明利用多能干细胞创建具有血管网络的人体功能性器官的报告”。
竹部说，成功取决于正确把握其他两种细胞类型的添加时间。“这花了一年多的时间，进行了数百次试验，”竹部说。
该团队表示，该组织的三维结构将使其优于简单的细胞替代疗法。它可以用于长期替代或短期移植，同时受者等待合适的肝脏捐献者，或者在医生预计原生肝脏最终将恢复功能的情况下。但此类应用需要进行广泛的开发，包括确保该组织包含适当的小叶排列。
福布斯说，这并非易事。要治疗慢性肝病，细胞必须至少稳定五年，这是患有该疾病的人的平均生存期。但尚不清楚这是否可能，特别是考虑到它们会暴露于许多毒素和病原体。此外，该器官需要保持合适的尺寸，而不会萎缩或发展成癌性生长。“任何偏离成熟表型的行为都可能对移植产生灾难性的后果，”福布斯说。
市场上的一个机会
其他研究人员已经开发出使用支架构建三维类肝结构的竞争技术。例如，马萨诸塞州剑桥市麻省理工学院的生物工程师 Sangeeta Bhatia 已经生产出一种基于支架的移植物，该移植物没有试图重现发育过程，但已被证明在小鼠中具有功能性和可移植性。Bhatia 现在正在努力增加 2 厘米移植物上存在的肝细胞数量，以确保它在临床上有用。“十亿个细胞是下一个前沿，”她说。
与此同时，竹部和团队的其他成员（由同样是横滨市立大学的干细胞生物学家谷口秀树领导），他们正在与总部位于东京的生物技术公司 Sekisui Medical 的研究人员合作，希望他的肝芽可用于药物筛选中的毒性测试，而这不需要胆管。许多移植到小鼠体内进行体内测试的常规肝细胞仅持续两到三天，但药物及其各种代谢物可能需要数周才能代谢，因此在此类测试中可能不会出现毒性影响。竹部说他的移植物具有必要的持久性。
许多研究人员已经在培养类肝细胞：例如，Bhatia 已经将一种使用生物工程细胞进行药物测试的设备商业化。然而，竹部的肝芽具有从 iPS 细胞中培养的优势，而不是像 Bhatia 的移植物中使用的原代人类肝细胞，这使其可用于模拟罕见疾病或检查 iPS 细胞供体的特定遗传背景。
俄勒冈健康与科学大学的肝病研究员 Markus Grompe 说，竹部的团队“走对了路”。不过，他说肝细胞需要比现在更有效地发挥作用。根据对竹部在会议上展示的数据的粗略检查，Grompe 说肝芽仅产生其应产生的一小部分白蛋白（一种血浆蛋白，是肝功能的关键标志物）。但竹部说，自从他的小组生成在横滨会议上展示的数据以来，程序改进已经导致了更高水平的白蛋白。
该团队的下一步是尝试通过包含胆管等结构使肝芽更像肝脏。