1998年第一個人類胚胎干細(xì)胞 (hESC) 系的分離開啟了干細(xì)胞療法治療各種疾病的可能性。1 型糖尿病 (T1D) 特別適合這種方法，因為移植產(chǎn)生胰島素的胰腺 β 細(xì)胞可以提供長期治療甚至治愈。到 2000 年代初，干細(xì)胞分化領(lǐng)域受益于模式生物的胚胎研究，這些研究確定了各種信號通路在控制胰腺細(xì)胞譜系規(guī)范中的作用。

2005年，D’Amour 等人。報道了含有>80％定形內(nèi)胚層細(xì)胞的hESC分化培養(yǎng)物的產(chǎn)生：胰腺細(xì)胞的胚胎祖細(xì)胞。分化發(fā)生在二維培養(yǎng)中，使用含有激活素 A 的低血清培養(yǎng)基，激活素 A 是胚胎內(nèi)胚層規(guī)范所必需的蛋白質(zhì)。

在這一進展之后，2006年，D’Amour等人。發(fā)表了一篇重要論文，報告了內(nèi)分泌胰腺細(xì)胞的產(chǎn)生，能夠分泌胰島素、胰高血糖素、生長抑素、胰腺多肽和生長素釋放肽以分化 hESC。他們的分化方案包括五個階段，在此期間，hESCs經(jīng)歷了一系列中間細(xì)胞狀態(tài)：定形內(nèi)胚層、原始腸管、后前腸、胰腺內(nèi)胚層和內(nèi)分泌前體以及表達(dá)激素的內(nèi)分泌細(xì)胞。在每一步都提供了特定的生長因子，以模擬胚胎胰腺的發(fā)育。事實上，不同細(xì)胞狀態(tài)下mRNA和蛋白質(zhì)的表征表明它們類似于等效的胚胎內(nèi)胚層祖細(xì)胞。

在本研究的第五階段，使用鋅螯合劑雙硫腙染色來鑒定胰腺內(nèi)分泌細(xì)胞。它們的胰島素含量與原代成人胰島相似，并且通過 mRNA、C 肽和胰島素原蛋白測量證實了胰島素的從頭合成。然而，與成人胰島相比，hESC衍生細(xì)胞的 C 肽含量較差，表明處理胰島素原的效率降低。C 肽分泌對多種分泌刺激有反應(yīng)，盡管對葡萄糖的反應(yīng)很小。

隨后，在2008年，同一組（Kroon等人）在小鼠體內(nèi)移植hESC衍生的第四階段胰腺內(nèi)胚層后，成功地在體內(nèi)產(chǎn)生了葡萄糖反應(yīng)性內(nèi)分泌細(xì)胞。這些細(xì)胞表達(dá)關(guān)鍵的 β 細(xì)胞轉(zhuǎn)錄因子，表現(xiàn)出對胰島素原的有效加工并含有成熟的分泌顆粒。重要的是，hESC 衍生的內(nèi)分泌細(xì)胞可以保護小鼠免受高血糖癥的影響。

2014年，Rezania 等人。描述了一個七階段的hESC分化方案，該方案產(chǎn)生了葡萄糖反應(yīng)性產(chǎn)生胰島素的β 細(xì)胞，從而在移植后逆轉(zhuǎn)了小鼠的糖尿病。同年，Pagliuca等人。報道了通過順序調(diào)節(jié)3D培養(yǎng)系統(tǒng)中的關(guān)鍵信號通路，從人類多能干細(xì)胞 (hPSC) 中大規(guī)模生成葡萄糖反應(yīng)性、表達(dá)胰島素的β細(xì)胞。這些hPSC衍生的 β 細(xì)胞在基因表達(dá)和超微結(jié)構(gòu)方面與人類 β 細(xì)胞非常相似，并且在移植后也改善了糖尿病小鼠的高血糖。

2015年，Russ等人。報道了一種簡化的基于懸浮液的定向分化方案，用于在體外和體內(nèi)從hPSC生成葡萄糖響應(yīng)性產(chǎn)生胰島素的人β細(xì)胞。由此產(chǎn)生的細(xì)胞在幾周內(nèi)降低了糖尿病小鼠血液中的葡萄糖水平，而之前的研究則需要幾個月的時間。

2019年，奈爾等人。報道了通過使未成熟的β樣細(xì)胞形成胰島樣簇，從而在體內(nèi)重現(xiàn)內(nèi)分泌細(xì)胞簇，從而在體外從hESCs中產(chǎn)生成熟的β細(xì)胞。成熟的 β 細(xì)胞顯示線粒體的代謝和結(jié)構(gòu)成熟增強，并且在糖尿病小鼠移植后的幾天內(nèi)高血糖降低。

2020 年，Hogrebe等人。發(fā)現(xiàn)肌動蛋白聚合狀態(tài)影響體外胰腺分化。因此，分化過程中的定時肌動蛋白解聚導(dǎo)致從hPSC中產(chǎn)生β細(xì)胞，從而迅速逆轉(zhuǎn)小鼠的糖尿病并維持正常血糖9個月。

在通過體外分化hESC產(chǎn)生第一個胰島素分泌細(xì)胞15年后，我們?nèi)匀粵]有針對T1D的β細(xì)胞替代療法。然而，多虧了這里提到的研究以及許多其他研究，我們離這個目標(biāo)更近了。除了進一步優(yōu)化成熟β細(xì)胞生產(chǎn)的效率和可擴展性之外，在以干細(xì)胞為基礎(chǔ)的生產(chǎn)之前，還需要解決重要問題，例如保護移植的干細(xì)胞衍生的β細(xì)胞免受免疫排斥并確保其純度。治療成為現(xiàn)實。