Nature Reviews Endocrinology 利用器官模型更好地了解糖尿病
转载原创 周沐研 肠道类器官 2023-02-01 11:28 发表于湖南 如有侵权，请联系。
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摘 要 Abstract
我们对糖尿病的理解得益于临床研究与模式生物和细胞系研究的结合。广泛组织的类器官模型正在作为一种额外的工具出现，使糖尿病研究成为可能。类器官模型的应用包括研究人类胰腺细胞发育、胰腺生理学、目标器官对胰腺激素的反应以及葡萄糖毒性如何影响血管、视网膜、肾脏和神经等组织。类器官可以来源于人体组织细胞或多能干细胞，并能够产生模仿人体器官的人体细胞组合。许多与糖尿病相关的器官模拟物已经可用，但只进行了一些相关研究。我们讨论了为胰腺、肝脏、肾脏、神经和脉管系统开发的模型，它们如何补充其他模型，以及它们的局限性。此外，由于糖尿病是一种多器官疾病，我们强调类器官和生物工程领域的合并将如何提供综合模型。
介 绍Introduction
糖尿病是一种身体无法产生足够的胰岛素或对该激素产生异常反应，从而导致血液中葡萄糖水平异常升高的疾病。糖尿病传统上分为自身免疫性 1 型糖尿病 (T1DM) 和 2 型糖尿病 (T2DM)，两者都是环境因素和多基因因素共同作用的结果。然而，也有不太常见的单基因形式的糖尿病。尽管有很好的降糖药物，但糖尿病控制良好的患者比例并没有增加，因此需要更好地推广降糖药物和开发针对糖尿病患者的新药难以控制1。值得注意的是，T2DM 越来越被认为是一种异质性疾病，因此设计针对不同患者群体的药物将很重要，设计比目前可用的药物副作用更少和更轻的药物也很重要。识别和测试涉及除 β 细胞以外的内分泌细胞类型（包括 α 细胞和 δ 细胞）和肠内分泌细胞以及胰岛素靶器官的药物是有前途的研究途径。关于 T1DM，一个重要的挑战是了解疾病的早期步骤以及 β 细胞与免疫系统的相互作用。对于所有类型的糖尿病，更好地治疗长期葡萄糖波动的不利影响，特别是针对大血管系统和微血管系统，是至关重要的。
多种互补的方法导致我们目前对糖尿病及其治疗的理解，包括临床研究、在多种模型生物体中的工作和更多的还原论细胞系模型。为了应对上述挑战，除了现有的工具箱外，还可以使用各种复杂的类器官模型，并针对糖尿病及其并发症病因学中涉及的不同器官做好准备。类器官是 3D 体外培养系统，它利用祖细胞或干细胞产生细胞组合，概括器官结构和功能的各个方面。值得注意的是，类器官使人体细胞能够像组织一样在 3D 环境中生长，从而能够对人体细胞进行药物研究和测试。尽管类器官无意取代动物研究，因为很难在体外重现全身性疾病，但它们允许在人体细胞中进行早期测试。已经为胰腺开发了类器官，胰腺是糖尿病病因学的核心参与者，以及与胰腺代谢相关的器官，如肝脏、肌肉和脂肪组织。类器官模型也存在于涉及糖尿病并发症的器官，例如血管、视网膜、肾脏和神经 。除了这些严格意义上的类器官（在术语表 (Box 1) 中定义）之外，其他不是由干细胞或祖细胞开发的 3D 培养系统，例如模拟胰岛，正在获得动力 。
在这篇综述中，我们讨论了当前可用于研究糖尿病的发病机制、进展和并发症的模型。我们首先评估如何使用类器官模型来研究怀孕期间的遗传和环境因素如何使后代易患糖尿病。虽然这些模拟人类胰腺发育的模型已经可用，并且可以利用它们的功能水平来研究 T1DM 和 T2DM，但正在进行改进以获得更成熟的内分泌细胞并改进培养形式。由于糖尿病是一种多器官疾病，我们接下来将讨论支持器官之间交换的微流体系统，以及这些系统如何帮助研究组织通讯，特别是胰腺、肝脏、脂肪组织和大脑与免疫细胞之间的通讯，以研究 T1DM。最后，我们讨论了适用于研究糖尿病并发症的类器官模型，包括脉管系统、肾脏、视网膜和神经元模型。我们不讨论以生产用于糖尿病治疗的细胞为目的的 3D 培养系统，尽管这是一种很有前途的治疗途径，但请读者参考有关该主题的其他信息性评论 。
模拟胰腺发育 Modelling pancreas development
从历史上看，许多类器官系统是使用路线图概括开发以产生感兴趣的组织而开发的。因此，许多类器官仍处于发育阶段，而不是成熟的器官 。由于有遗传证据表明胰腺发育紊乱可导致糖尿病并且大量研究表明，怀孕期间胎儿的环境会影响成人代谢活动 ，因此模拟胰腺发育的类器官可用于研究这些机制。下面我们着重介绍糖尿病的中枢器官胰腺，简单介绍一下它的发育情况。然后，我们概述了源自胎儿胰腺或从多能干细胞 (PSC) 分化而来的类器官。我们讨论的例子说明了这些类器官是如何被用来研究基因突变和环境因素如何导致糖尿病的。
来自原细胞的胰腺类器官Pancreas organoids from fetal cells
胰腺在小鼠胚胎期 (E) 9.5 天和人类受孕后 30 天从肠管中的两个芽出现。这些芽中的多能胰腺祖细胞将分化为内分泌细胞或外分泌细胞 。到了 E14.5，祖细胞失去了分化成腺泡细胞的能力，因此变成了双能细胞。这些双能祖细胞在出生前继续形成内分泌细胞。就形态发生而言，胰腺的外分泌部分将形成一个管网，末端末端为腺泡，而内分泌细胞部分从管中分层，并将组装成朗格汉斯（ Langerhans islet）岛。目前可用的类器官系统概括了这些开发步骤或其中的一部分。基于组织外植体和原代细胞体外培养的悠久传统，3D 基质基质胶的开发代表了类器官系统进化的关键一步。Matrigel 能够对 E10.5–E11.5 期间衍生的早期胎儿胰腺祖细胞进行扩展培养，这些祖细胞在解离为单细胞后形成胰球（方框 1）。这些 pancreatospheres 由围绕中央管腔的上皮细胞组成，它们与间充质细胞共培养或没有间充质 。这些球体可以扩展和传代，尽管它们分化为内分泌细胞的能力在传代三代后会降低 。来自胚胎发育后期（E12–E13 或 E14.5）的纯化胰腺祖细胞后来也显示在嵌入 Matrigel 时形成球体。这些胰腺球在存在表皮生长因子 (EGF) 的情况下转变为导管样结构，并在不存在表皮生长因子 (EGF) 的情况下分化为内分泌细胞。虽然这些系统没有概括胰腺的形态复杂性，但它们可以方便地研究内分泌细胞形成和部分分层，这可以使用实时成像来完成。
在激活 WNT 通路的介质中，多能祖细胞 (E10.5–E11.5) 也产生了更复杂的类器官。这些类器官概括了正在发育的胰腺的特征，包括导管网络的形成以及尖端有腺泡细胞和一些内分泌细胞的分支。虽然与球体相比，这些类器官形成的内分泌细胞比例较少 ，但它们比球体更适合在腺泡细胞背景下研究内分泌细胞。在这些早期研究中，胰腺球或类器官与体内胎儿胰腺细胞的比较是有限的，所产生细胞的相似性和成熟度值得更深入的研究。
除了基于 Matrigel 的培养物之外，还从 E10.5 胰腺祖细胞建立了胚胎和胎儿胰腺细胞的悬浮培养物，并已证明可形成包含所有外分泌和内分泌谱系的胰样细胞。值得注意的是，这些培养物中 22% 的细胞分化为内分泌样细胞，但只有在存在天然间质的情况下，这使得该系统对于研究间质在胰腺发育中的作用是独一无二的 。
胰腺类器官也来源于受孕后 7-11 周的人类胎儿。从人类胰腺中分离出来的小片段形成了空心球体，表达了胰腺祖细胞标记物 。在存在 EGF 的情况下，这些类器官可以扩增 5 个月，同时去除 EGF 会减少增殖，但会促进类器官向内分泌表型的分化。2021 年的一项研究使用不同的培养基，衍生出由空心球体和致密球状体混合组成的胰腺类器官，其中含有管腔狭窄但内分泌细胞很少的导管。这些类器官可以传代，表明胰腺祖细胞得以维持，单细胞 RNA 测序表明一部分细胞在体外获得了导管身份 。受孕后 9-22 周的人类胰腺也被用于生长具有紧凑但分支结构的类器官，以及表达祖细胞和/或导管标记物的囊性区域 。转录组学分析表明，这些类器官与胎儿胰腺的相似性高于与成人胰腺或胰岛的相似性。
上述胎儿来源的类器官正逐渐成为了解胰腺及其内分泌细胞发育的工具。值得注意的是，它们能够进行克隆测定，从而评估单个细胞的效力（即细胞分化成其他细胞类型的能力）器官的形态发生以及特定细胞的功能内分泌细胞分化基因 。
来自多能干细胞的类器官Organoids from pluripotent stem cells
模型生物体胚胎发育线索知识的逐步获得为建立多步分化方案铺平了道路，这些方案可有效地将小鼠 PSC 或人类 PSC (hPSC) 导向胰腺谱系 。这些方案最初使用 2D 培养，后来进一步发展为 3D 培养方法，以扩大生产规模并提高所产生的 β 细胞的成熟度，模拟内分泌细胞组装成胰岛的体内环境。3D 方法在 2D25 中初始产生胰腺祖细胞后在空气-液体界面进行培养，从开始进行悬浮培养或从后期步骤 开始培养，以及在 2D 20,中胰腺祖细胞产生后包埋在 Matrigel 中（图1）。
图 1 |模拟胰腺和胰岛发育、生理学和疾病的 3D 培养物类型
a，胰岛细胞解离和重新聚集形成假胰岛。这个过程可以包括分类步骤。内分泌细胞类型的比例和细胞数量是可以控制的。可以对细胞进行遗传操作，例如基因失活或功能获得。b，应用于多能干细胞衍生培养物的 3D 方法。这些方法包括 2D 分化后内分泌细胞的聚集、2D 胰腺祖细胞或内胚层产生后的基质胶培养、内胚层或胰腺祖细胞产生后微孔中的重新接种和聚集 以及初始生产后气液界面培养2D中的胰腺祖细胞。c，从 PSCs分化开始的悬浮培养中的胰腺类器官。hESCs，人类胚胎干细胞；hiPSC，人类诱导多能干细胞。
尽管这些方法中有许多未被称为类器官，但它们类似于为其他器官开发的模型，例如肾脏（气液界面）或大脑（悬浮培养步骤），这些被称为类器官（方框 1） .一些协议在祖细胞分化 之前启用了祖细胞扩展的步骤。据报道，细胞系和方案之间的效率差异。尽管大多数工作都集中在 hPSC 上，但小鼠 PSC 也可以被诱导形成 3D 胰岛样结构，其中包含真正的内分泌细胞。与成人 β 细胞相比，早期方案在低葡萄糖水平和响应葡萄糖的胰岛素分泌水平较低的情况下产生具有一些基础胰岛素分泌的未成熟细胞。然而，过去 5 年的一些方案已经产生了更成熟的 β 细胞，这些细胞能够通过第一阶段和第二阶段的动态胰岛素分泌进行葡萄糖刺激的胰岛素分泌（参见“体外提高 β 细胞成熟度”）。虽然上述大多数方法会导致胰腺祖细胞、胰腺内分泌细胞、肠嗜铬细胞和导管细胞的混合，但涉及细胞分选和重新聚集的方案会形成更纯的胰岛样有机体，没有祖细胞。
虽然这些类器官系统与成人 β 细胞功能的相关性需要改进（请参阅改善 PSC 衍生的内分泌细胞成熟度），但可用的模型适用于研究突变和环境因素（方框 2）如何影响 β 细胞发育，从而易患糖尿病。
单基因糖尿病Monogenic diabetes mellitus
在过去的 20 年中，人类遗传学领域取得了巨大进步，使人们对遗传对糖尿病的贡献有了更深入的了解。单基因形式的糖尿病是个性化建模最直接的场景。青年发病的成人糖尿病 (MODY) 和新生儿糖尿病 (NDM) 是单基因糖尿病的两种主要形式。NDM 主要发生在生命的前 6 个月，由导致胰岛素产生和分泌异常、胰岛细胞破坏或胰腺发育异常的突变引起。虽然某些基因与 MODY 或 NDM 特异性相关，但同一基因的不同突变可导致 MODY 或 NDM。越来越多的研究利用体外胰腺发育系统来研究这些突变对 β 细胞形成和功能的影响，从而克服组织可用性和小鼠模型重现人类疾病表型的局限性等挑战。
最初的策略依赖于将源自患者的诱导 PSC (iPSC) 分化为 2D β 细胞，并将它们与 CRISPR-Cas9 基因校正的自体 iPSC 衍生 β 细胞进行比较。此处着重于 3D 模型，此类研究发现胰岛素位点的突变可通过改变 β 细胞分化和损害与内质网 (ER) 应激相关的 β 细胞增殖来导致 NDM。结合患者突变和敲除策略，还发现参与 ER 和高尔基体之间运输的 YIPF5 基因增加了 β 细胞对 ER 应激诱导的细胞凋亡的敏感性。同样，STAT3 基因座的突变通过直接诱导 NEUROG3 表达导致分化过程中的过早内分泌分化 。在 2021 年的一项研究（目前可作为预印本）中确定并研究了通过 KCNQ1 导致葡萄糖传感和胰岛素分泌之间的耦合功能受损的其他突变。
另一种方法涉及使用 hPSC 研究在单基因糖尿病患者体内发现的自然发生的突变或使用未编辑的 hPSC 亲本系作为参考通过基因编辑产生的功能丧失突变的发育后果。在这种方法中，突变是在可能与患者身上发现的不同的遗传背景中产生的，因为起始 hPSC 细胞系通常不具有背景对糖尿病的敏感性。遵循这种方法的研究已针对 PDX1（参考文献 ）、NEUROG3（参考文献）、RFX6（参考文献 ）和 ONECUT1（参考文献）进行，它们在生产的不同开发阶段是必需的内分泌细胞和葡萄糖反应性 β 细胞的形成。虽然上述所有研究都使用 3D 悬浮培养或气液界面培养，但细胞外基质水凝胶（如 Matrigel）中的类器官将代表一种选择模型，用于研究与外分泌表型相关的糖尿病形式。这种应用的一个例子是研究胆囊管及其与可导致糖尿病的 β 细胞缺陷的关系，因为这些类器官形成导管样细胞。此外，内分泌细胞的分类及其重新聚集可用于研究受控比例的内分泌细胞类型之间孤立的胰岛样相互作用。
与 NDM 一样，MODY 的特征是血糖水平异常高。然而，MODY 比 NDM 发生得晚，尽管通常在 30 岁之前。多年来，一些研究已经生成了单基因突变的人类二维体外模型，其中大部分依赖于患者 iPSC 系的生成及其向胰腺谱系的分化，以研究 HNF1A、HNF1B 和 HNF4A等基因。在这些基因中，只有 HNF1A 突变在 3D中得到研究。这些研究表明，删除一个或两个 HNF1A 等位基因会去抑制 α 细胞基因表达特征，降低内分泌细胞功能并改变细胞代谢 。研究在人类胚胎干细胞 (hESC) 和患者来源的 iPSC 中引入的突变，对纯合亚形态 HNF1A 突变进行了类似观察。这项研究进一步表明，杂合子亚型突变产生的 β 细胞最初是正常的，但在移植到 NOD.Cg-Prkdcscid Il2rgtm1Wjl/SzJ 小鼠后的 2-8 周内逐渐出现胰岛素分泌减少的表型。最后，一项使用具有 HNF1αp291fsinsC 截断（与 MODY3 相关的最常见突变）的患者 iPSC 和 CRISPR-Cas9 工程 hESC 的研究进一步表明，该突变通过抑制 HNF1B 功能来减少祖细胞和 β 细胞分化。这个例子表明，比较类器官模型中的不同突变使我们能够进一步了解 MODY 的病理机制。D 模型比 2D 系统更好地概括了细胞排列；它们包括不同内分泌细胞类型之间的相互作用、β 细胞的极性、它们的成熟以及某些类器官与外分泌细胞的关联。因此，类器官很可能在未来得到更广泛的利用，从研究突变的影响转向设计更好的治疗方法将是向前迈出的重要一步。 3D 培养方法也已应用于单基因糖尿病的综合征形式（方框 3）。除了研究导致或易患糖尿病的基因外，类器官的培养环境可以很容易地操纵，原则上，这应该能够通过营养物和环境毒素研究糖尿病的胎儿程序。虽然类器官尚未用于此目的，但专栏 2 中讨论了此类研究的背景和可能的实施。
改进糖尿病研究方式 Improved formats for studying diabetes mellitus
上一节中讨论的类器官含有未成熟的胎儿期 β 细胞。这些类器官揭示了单基因形式糖尿病的发病机制，并验证了在全基因组关联研究 (GWAS) 中发现的易患糖尿病的基因。然而，除了开发伪胰岛模型（方框 4）之外，开发更好地模拟出生后和成人 β 细胞的系统也很有价值。这样的系统对于研究 GWAS60 中确定的易患糖尿病的基因特别有用。此外，可以改进培养方法以获得更好的表型分析。
在体外提高 β 细胞成熟度Improving β-cell maturity in vitro提高 PSC 衍生的内分泌细胞成熟度Improving PSC-derived endocrine cell maturity
确保 PSC 体外胰腺分化产生的 β 细胞显示出与成人 β 细胞相似的功能已成为过去 5 年的一个重要焦点。2019 年通过分离和重新聚集体外衍生的未成熟 β 样细胞取得了进展 。这些簇显示动态胰岛素分泌，并通过钙信号传导对多种促分泌素作出反应。聚集未成熟的β样细胞也促进了它们的线粒体代谢成熟。通过在没有内分泌富集的情况下自发重新聚集来微调培养基成分和控制细胞簇大小，也改善了响应葡萄糖的胰岛素分泌 。培养基的改进和培养时间的延长也导致了类似于人类胰岛的高级功能。该功能通过动态胰岛素分泌测定、呼吸测量法测量、电生理学测定、Ca2+ 水平评估以及 cAMP 和胰岛素颗粒胞吐作用进行评估。葡萄糖流入耦合代谢与胰岛素分泌的主要途径的靶向代谢物追踪研究，连同单细胞转录组学分析，表明在体外实现了非常高水平的 β 细胞功能，尽管一些代谢和转录组学差异在两者之间持续存在干细胞来源的胰岛 β 细胞和原代 β 细胞。在过去 10 年中，β 细胞及其祖细胞的转录组学、代谢组学和功能学 研究一直是该领域的重要焦点。总之，这些研究为干细胞衍生的 β 细胞和内源性 β 细胞之间的相似性以及体外胰腺模型的局限性提供了更全面的观点。此类研究对于解决模型的相关性非常宝贵，尤其是在提供与高质量内源性细胞的比较时。正在进行进一步的改进以概括出生后成熟的不同阶段，包括转录因子的变化和发育过程中“不允许的基因”（一组阻止成人 β 细胞功能的基因）的沉默。其他改进包括重述出生后成熟期间 β 细胞环境中代谢物的主要变化，这与食物来源的变化有关，因此会影响脂质和氨基酸等营养素。
来自潜在胰岛干细胞的类器官Organoids from potential islet stem cells
除了 hPSC 衍生的胰岛，2020 年的一份有希望的报告表明，可以从成年小鼠胰岛中分离出表达标记物 Procr 的成体干细胞，并可用于接种由多种内分泌细胞类型组成的胰岛类器官的形成。虽然成人胰腺中干细胞的存在，无论是在导管中还是在胰岛中，都备受争议，但进一步的后续研究将是值得的，特别是对于人类胰岛。成人胰腺的几个群体，特别是 ALDHhi 细胞，可能是外分泌细胞，以及 CD51+（人）或 CD24+（小鼠）导管细胞被认为含有祖细胞。这些种群确实在培养中扩增时似乎重新表达祖细胞标记，并且在分化混合物触发时可以形成一些内分泌细胞。这些细胞的效率和性质值得更彻底的研究。
改进的表型分析方式Improved formats for phenotyping
开发可改善类器官培养的凝胶支架Developing gel scaffolds that improve organoid culture.
虽然 hESC 衍生或 iPSC 衍生的 β 细胞的悬浮培养物最初设计用于移植的高通量，但这些培养系统的批处理形式并不适合任何大规模标准化筛选。微孔中的悬浮培养（图 1）能够在每个孔中组装单个大胰岛，提供可重复性和大小一致性，以及一种方便的形式来筛选多种条件。气液界面的培养也不是高通量。虽然 Matrigel 中的胰腺球体培养物已用于筛选 ，但 Matrigel 是由小鼠肉瘤细胞的分泌物产生的，使其成为一种基于动物的不确定产品，具有观察到的批次间差异。虽然早在 1980 年代就使用了基于胶原蛋白的更明确的基质，但与 Matrigel 相比，它们在促进内分泌分化和胰岛素分泌方面的效果仍然较差。尽管将胶原蛋白与 Matrigel 混合可以在 3D中从 hESC 生产胰岛类器官，但需要对基于胶原蛋白的基质与 Matrigel 和单独的 Matrigel 之间的效率进行更系统的比较。 基于水凝胶的支架正在接受测试，作为一种比 Matrigel 更明确的环境，它可以适应物理和化学特性的系统变化。2013 年在小鼠身上开展的工作探索了软水凝胶，并揭示了胰腺类器官可以在聚乙二醇基凝胶中生长，前提是这些凝胶与层粘连蛋白 1 共价功能化（参考文献 16）。2018 年，一种名为 Amikagel 的基于水凝胶的平台被用于促进 hESC 衍生的胰腺祖细胞聚集成球状体，具有受控的大小和细胞异质性。然后它们进一步分化为能够分泌胰岛素的细胞，尽管在这种细胞外基质中不可能进行超过 7 天的体外培养。该领域的进一步工作似乎有必要朝着更明确的培养支架方向发展，以实现胰腺类器官的稳定，以实现针对以 T2DM 为重点的疾病建模和治疗应用的高通量采样。
胰腺芯片模型和高通量分析Pancreas-on-a-chip models and high-throughput analyses.
尽管是一个相对较新的领域 ，但片上胰腺系统正在迅速发展，能够在微孔中培养胰岛细胞的 3D 簇，在微孔中可以通过微流控芯片耦合灌注和样本采集（图 2）。这些系统可以进行多参数评估，例如，连续测量耗氧率、胰岛素分泌和钙成像，以及用葡萄糖和可能的其他分子进行精确的时空刺激。胰腺芯片系统还可以使细胞团在设备内裂解，以分析基因表达、DNA 甲基化和微 RNA 分泌 。迄今为止，这些系统已被用于用人类 β 细胞系球体模拟氧化应激诱导的糖尿病 ，研究基于啮齿动物胰岛或假胰岛的胰岛内通讯，改善 iPSC 衍生的人类胰岛的功能和葡萄糖敏感性，研究单个人假胰岛中的胰岛素动力学，并在体外维持胰岛生理学。在 2020 年的一项研究中，开发了一种微灌注系统，在该系统中培养了经过基因改造和重新聚集的天然人类胰岛细胞，以允许同步获取多个功能参数。监测钙信号和激素分泌谱表明人类 β 细胞和 α 细胞之间的 GPCR 信号通路存在差异。这些研究为人类胰岛生物学提供了新的见解，并为糖尿病研究提供了新的治疗方法。胰腺片上系统的广泛使用仍然存在一些挑战，包括其复杂的处理程序和制造中使用的材料的次优生物物理特性（例如，聚二甲基硅氧烷吸收小分子的倾向。
由于片上胰腺系统具有可扩展制造的潜力，它们将成为糖尿病药物测试的绝佳工具，特别是如果与可从 hPSC 产生的大量 β 细胞结合使用。生物打印是目前正在开发的另一项有前途的技术；它允许使用生物材料以可控模式定位活细胞。这项技术存在一些技术挑战，包括分辨率和细胞分布的限制，以及缺乏用于复杂器官（如内分泌胰腺）的血管化和神经支配；然而，此类技术也可以为更大规模的药物和医学测试提供新途径。事实上，原则上它们使细胞能够以定义的数量和模式相关联，例如，允许更好的胰岛模拟和再现性。一些关于高通量筛选的报告表明，胰岛球体可以预测体内对糖尿病药物的反应。展望未来，T2DM 建模和开发新疗法的挑战将是疾病发展的长期，因为在培养物中维持类器官数月或数年既困难又昂贵。
图 2 |使用微流体的新型和新兴类器官培养系统。
生物工程和类器官领域之间的协同作用使检测的标准化和小型化得以发展，并且能够在培养的终点实时收集生物信息。已经合成了生物工程水凝胶并测试了它们维持类器官 3D 培养的能力，尽管它们在促进生长方面通常不如细胞外基质衍生的凝胶有效。水凝胶是不溶于水的聚合物链 3D 网络，能够容纳大量水。它们包括天然聚合物，例如海藻酸盐、壳聚糖、纤维蛋白、肝素和透明质酸纤维蛋白，以及合成聚合物，例如丙烯酸酯聚合物、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠及其共聚物。定义尺寸的微孔可提高类器官或伪胰岛尺寸的重现性。Islets-on-a-chip 组装小岛或伪小岛，理想情况下每个孔中的大小和成分均一，可用作单独的试管。本着同样的精神，其他类器官也可以排列在芯片上。可以设计微流体系统来控制不同细胞类型的混合和比例。许多不同的样品可以同时成像，并且可以进行功能成像分析。该系统还可以设计为在实验终点收集细胞或其内容物。在片上生理组学格式中，可以将不同类型的类器官接种在不同的孔中，微流体系统可以连接不同类型的类器官以观察它们的串扰，试图重现生理器官相互作用。
连接器官和细胞类型Connecting organs and cell types
由于糖尿病是一种扰乱多个组织串扰的疾病，因此需要结合多种胰腺细胞类型和器官的模型来概括该疾病的某些方面（图 2 和图 3）。
上皮细胞外的胰腺类器官Pancreas organoids beyond the epithelium
将属于朗格汉斯本地胰岛的非内分泌细胞类型整合到类器官培养物中可以创建更复杂和成熟的系统，更好地概括体内条件。在这方面，有许多正在进行的努力来生产具有胰腺类器官的内皮、间充质、神经元和外分泌共培养系统。
脉管系统是体内成熟胰岛不可或缺的一部分，支持胰岛的结构、存活和分泌。迄今为止，已经对类器官系统中内皮细胞和胰腺细胞的共培养进行了几项研究，涵盖了几个目标（图 3）。 一些 3D 共培养的目的是提高 hESC 衍生的 β 细胞的分化 和这些细胞的成熟度。其他人的目的是在 hESC 衍生或基于小鼠细胞系的系统中更忠实地研究胰岛微环境，特别是不同细胞类型的空间分布对胰岛或伪胰岛功能的影响 。最后，一些 3D 共培养的目的是在移植前改善小鼠类器官和分离的人类胰岛的血管化 。将骨髓来源的血管生成内皮组细胞、胰岛来源的内皮细胞 或人脐静脉内皮细胞 (HUVEC)添加到小鼠或人 β 细胞假胰岛中被证明可以改善葡萄糖刺激的胰岛素分泌和 β 细胞功能。目前正在研究和改进血管的连接程度及其穿透 3D 胰岛培养物的程度，因为胰岛相关微血管的开窗对内分泌功能至关重要 。此外，内皮领域正在努力生产可以直接与 3D 共培养类器官细胞相互作用的血管生成人内皮细胞，这是一个有前途且令人兴奋的研究方向，可以为血管化类器官提供一个可灌注的生理平台，包括胰腺。
间充质细胞也与内皮细胞一起被包括在胰腺 3D 培养物中，来自 hESC 衍生的胰腺细胞或分离的大鼠胰岛（图 3）。这些实验表明，人间充质细胞驱动内皮细胞、间充质细胞和特定实质细胞类型凝结形成血管化器官芽，包括具有小鼠 β 细胞系的血管化胰岛样组织 。2018 年的后期研究使用完整的小鼠和人类胰岛 扩展了这一想法。
在 2018 年的一份报告中，通过与胆碱能神经元的 2D 和 3D 共培养模拟小鼠 β 细胞的胆碱能再神经支配表明，胰岛功能通过 3D 伪胰岛环境中的再神经支配得到增强 。研究胰腺类器官神经支配的其他模型正在进行中，改进方案可生成受神经支配的小鼠胰腺类器官，这也允许评估神经发生在胰腺发育和疾病中的作用 （图 3）。
图 3 |不同复杂性的类器官系统，能够研究糖尿病过程中细胞和器官之间的相互作用。
单基因糖尿病、1 型糖尿病 (T1DM) 和 2 型糖尿病 (T2DM) 存在不同的 3D 培养模型。该图概述了与对这些疾病进行建模相关的挑战以及可用于每个系统的检测。可获得用于新生儿糖尿病和青年发病型糖尿病 (MODY) 的简单上皮胰腺类器官模型。这些模型可以由祖细胞和内分泌细胞或单独聚集的多能干细胞衍生的内分泌细胞组成。上皮细胞与间充质和/或内皮细胞共培养以形成血管是可能的，但难以稳定，并且尚未用胰腺间充质和内皮细胞实现。细胞的成熟度对应于胚胎细胞，因此对单基因糖尿病的建模可能存在问题。用于研究 T1DM 和 T2DM 的第一个模型正在出现。这些模型将胰腺类器官与来自其他代谢器官的免疫细胞或类器官相结合，分别用于研究 T1DM 和 T2DM。
最后，有新兴研究强调胰腺外分泌组织与内分泌细胞的相互作用，并显示外分泌组织对糖尿病患病率的影响。类器官系统还可以提供一个有价值的平台来研究健康和患病条件下胰腺外分泌和内分泌隔室之间的交流和串扰。在过去 10 年中，已经实现了从干细胞生成和长期维持人类腺泡类器官，尽管这些腺泡细胞具有不成熟的基因表达模式和酶原颗粒。培养条件的优化可以使人类腺泡细胞进一步成熟，以便与 β 细胞进行共培养研究。
用于研究 T1DM 的共培养系统Co-culture systems for studying T1DM
T1DM 通过自身免疫介导的胰腺 β 细胞破坏而发生。尽管可以在易患 T1DM 的患者或其兄弟姐妹中监测自身抗体或循环免疫细胞类型等系统读数，但未检测到疾病的早期阶段。非肥胖糖尿病 (NOD) 小鼠等小鼠模型提供了有关 T1DM 机制的重要信息，但未能概括人类疾病的某些方面，特别是更偏向于女性并且显示出比人类糖尿病更多的胰岛炎 。此外，一些对 NOD 小鼠有希望的 T1DM 治疗未能转化为人类 。虽然在体外环境中重现全身性疾病很困难，但类器官模型可以提供一种方法来重建免疫细胞和 β 细胞之间的体外相互作用（图 3）。
虽然结合来自健康个体的 β 细胞和免疫细胞的模型可以提供信息，但患者细胞可用于测试 β 细胞或免疫细胞的功能障碍如何导致 T1DM。GWAS 显示，大多数与 T1DM 相关的基因位点出现在免疫系统细胞表达的基因中，而只有少数影响 β 细胞表达的基因。然而，需要测试这些基因的功能。由于 T1DM 是多基因的，因此来自患者的 iPSC 可以检测发生疾病的遗传或表观遗传易感性 。本着这种精神，iPSC 来源于 T1DM 患者的皮肤成纤维细胞，β 细胞在体外分化并在 3D中组装。开发了一种暴露于炎性细胞因子的模型，其中 iPSC 衍生的 β 细胞暴露于炎性细胞因子。在该模型中，来自非 T1DM 个体的 β 细胞和来自 T1DM 患者的 β 细胞被证明对 IL-1β、TNF 和 IFNγ 等细胞因子的治疗同样敏感，这降低了 β 细胞的比例与未处理对照组的比例相比 。在另一项研究中，与来自健康个体的 β 细胞相比，来自暴发性 T1DM 患者的 β 细胞对细胞因子混合物的治疗更为敏感。这些 β 细胞比健康个体的细胞表现出更高水平的裂解半胱天冬酶 3，尽管在患者来源的细胞中细胞凋亡没有增加 。虽然这些模型的范围仍然有限，但到目前为止，它们还没有提供强有力的证据表明来自 T1DM 患者或对 T1DM 具有遗传易感性的 β 细胞比来自健康个体的 β 细胞对免疫系统的破坏更敏感。
在这项工作之后，从患有 T1DM 的患者中产生了额外的人类 iPSC 衍生的 β 细胞，以测试免疫细胞功能的缺陷或患者免疫细胞与 β 细胞之间的相互作用 。将人 iPSC 衍生的 β 细胞暴露于从自体供体分离的外周血单核细胞 (PBMC)。观察到人 iPSC 衍生的胰岛在向培养基中添加 IFNγ 后上调 HLA I 类 (HLA-ABC) 分子以及免疫调节蛋白 PDL1 和 FasR。HLA-ABC 诱导在来自非 T1DM 个体、T1DM 患者和健康原代人胰岛的 hPSC 衍生的 β 细胞中发生了相似程度，这表明患者 β 细胞本质上对细胞因子的敏感性并不比来自健康个体的 β 细胞高.与来自非 T1DM 健康供体的 PBMC 表达的水平相比，来自 T1DM 患者的 PBMC 对六种自身抗原的 mRNA 表达水平相似。当暴露于用诱导内质网应激的分子预处理的 hPSC 衍生 β 细胞时，无论 hPSC 衍生 β 细胞是来自 T1DM 患者还是健康个体，自体 T 细胞都会被激活 。这一发现与有关胰岛反应性 T 细胞数量在患有 T1DM 的个体和没有 T1DM 的个体之间相似的报道是一致的。在本研究中使用 Transwell 培养物可以适应未来的研究，并有助于显示参与 HLA-T 细胞受体相互作用的必要性。
在实践层面上，由于获得大量 PBMC 的挑战以及需要在冗长的协议中同步生产 hPSC 衍生的 β 细胞与收集患者血液样本，因此这些共培养实验仍然具有挑战性。这种同步可以通过在培养物中维持两种群体的方法或通过 hPSC 衍生的 β 细胞的冷冻保存来促进。还需要接触特定的免疫细胞类型才能深入了解免疫反应。本着这种精神，2021 年实现了同基因树突状细胞、巨噬细胞、内皮细胞和 β 细胞的分化（参考文献 ），并且测试了来自 T1DM 患者的 iPSC 衍生巨噬细胞向 T 细胞受体的抗原呈递。尚未研究在 GWAS 中发现的携带突变的 hPSC 系中的免疫反应。至于 β 细胞缺陷，GLIS3（一种易患 T1DM 和 T2DM 的基因）的失活被证明会促进 β 细胞死亡 。与患者相关的变异而不是完全灭活的类似实验在未来将是有价值的。
模拟导致糖尿病的其他器官Modelling other organs contributing to diabetes mellitus
肝脏类器官 肝脏是T2DM发生发展的重要器官，由肝细胞组成的人肝脏类器官具有潜在价值。事实上，肝脏类器官概括了肝脏的基本方面，例如结构、某些功能和遗传特征，证明了它们作为 T2DM 发病机制模型的相关性。肝脏类器官可用于研究肝脏中的葡萄糖代谢、胰岛素抵抗如何随时间发展以及非酒精性脂肪性肝病（一种增加 T2DM 风险的疾病）及其向脂肪变性的进展。肝脏类器官由 PSC 或成人或胚胎肝组织产生。第一个实验是使用 PSC 进行的，以产生肝细胞，随着时间的推移，肝细胞的功能得到改善 。这些细胞表现出胎儿肝细胞的特征 ，并且正在进一步开发方案以提高这些细胞的成熟度。PSC 衍生的肝类器官通常不完全由上皮细胞组成，而往往包括中胚层衍生物，如星状细胞和免疫细胞，可用于模拟炎症和纤维化。利用这些系统开发了能够筛选药物或有毒化合物的分析方法 。已经开发出将脉管系统添加到这些肝脏类器官系统的方法，尽管尚未实现血管隔室的灌注。从胚胎组织开始已经表明，虽然一些成肝细胞很早就确定为胆管细胞谱系，但可以产生肝细胞和胆管细胞的双能细胞在整个生命过程中都会保留 。在成人中，此类祖细胞可以扩增并随后分化为肝细胞 。直到最近，即 2018 年，才实现了在体外分离和维持肝细胞的能力（参考文献 ）。这些上皮类器官已被用于模拟脂肪变性，并伴有体外纤维化和炎症。
肠道类器官 肠类器官是最早和研究最广泛的类器官模型之一 。这些具有再生能力的自组织 3D 结构在体外模拟了小肠的表型结构、细胞组成和部分功能。它们可以从成人肠道干细胞 或 hPSCs 产生。在糖尿病研究的背景下，含有肠内分泌细胞的小肠类器官可用于研究营养和药物转运、肠促胰岛素激素传感和分泌以及细胞内信号转导过程，如小鼠所证明的那样。肠内分泌细胞也被用于与胰腺内分泌细胞（如 β 细胞）共培养的 3D 小鼠系统，以测量肠内分泌激素对受控环境中胰岛素产生的动态影响 。在人类中，肠道类器官已被证明由大约 1% 的肠内分泌细胞组成 。尽管在肠道类器官中只占一小部分细胞，但这些细胞可以在报告基因系或基因操作的帮助下被利用。例如，类器官培养物中的肠内分泌细胞可用于进一步研究内源性 GLP1 分泌的机制，以改善基于肠降血糖素的糖尿病治疗，例如 T2DM。基于肠道类器官和共培养系统的研究可用于转录组学、肽组学和功能分析，从而可以开发针对激素分泌的肠道肠内分泌系统的新型抗糖尿病药物，从而有助于对代谢和糖尿病的研究 。
肌肉类器官原代细胞衍生的 3D 骨骼肌培养物已在该领域用于模拟功能和疾病超过 25 年，特别是以人类生物人工肌肉模型的形式。在过去 5 年中，几个小组开发了 hPSC 衍生的 3D 人类骨骼肌培养物，其中一些已经用于各种疾病建模方法。骨骼肌中的胰岛素抵抗是 T2DM 发展的一个重要因素，被认为可以预测该疾病。出于这个原因，研究骨骼肌胰岛素抵抗及其预防和逆转的潜在机制对于糖尿病研究，特别是 T2DM 来说是非常可取的。有几项研究模拟了从人类 iPSC 分化的骨骼肌中的胰岛素抵抗，这些 iPSC 来自胰岛素受体突变的个体或患有 T2DM的患者。然而，目前缺乏对 3D 文化系统的全面分析。使用源自糖尿病患者的细胞来开发类似的类器官模型将提供大量信息。使用源自 T2DM 患者的人类 iPSC 的 3D 培养是可行的，它概括了肌肉组织功能单元和壁龛。
脂肪类器官在 T2DM 中，脂肪细胞功能障碍可导致胰岛素抵抗。此外，脂质中间体在肝脏和骨骼肌等其他器官中的积累会导致胰岛素抵抗。虽然脂肪组织培养已经在 2D 中实现，但概括 3D 架构可以增强脂肪组织模型，如其他器官的 3D 模型所示。脂肪类器官可用于药物发现研究，以阐明 T2DM 的进展以及与该疾病相关的并发症。一些研究小组已经能够使用来自小鼠 和人类 的脂肪基质血管部分培养悬浮的脂肪球体。用内源性内皮细胞补充脂肪类器官 或与免疫细胞共培养 拓宽了可以使用这些系统进行的分析的复杂性，例如与 T2DM 相关的慢性炎症表型。使脂肪球体适应多孔板等高通量形式将允许进行大规模的药物和毒素筛选，并辅之以正在进行的芯片上脂肪方法。与糖尿病脂肪组织相比，这些系统还有可能模拟健康脂肪组织，以更好地预测临床环境中的反应。
构建多器官系统器官芯片方法具有巨大的潜力，因为它们允许多参数评估和可扩展制造，因此允许高通量培养和药物测试。特别是对于影响多个组织的复杂代谢疾病，例如糖尿病，能够在体外环境中模拟不同器官的相互作用是非常宝贵的（图 2 和图 3）。2017 年，一种将人类胰岛和肝脏一起建模的早期方法利用了多器官芯片平台中重新聚集的人类胰岛假胰岛和肝脏球体 （图 2）。在这项研究中，可灌注装置使研究人员能够研究胰岛对葡萄糖和胰岛素分泌的反应以及肝球体对葡萄糖的摄取。这样的平台对于药物测试方法非常有价值；例如，可以很容易地研究糖尿病药物对葡萄糖调节和胰肝串扰的影响，以及特定药物对器官间通讯的影响。整合更多器官以创建与 T2DM 相关的“芯片上生理组”平台的进一步研究正在进行中 （图 2）。
糖尿病并发症Diabetes mellitus complications
全世界糖尿病发病率的增加伴随着糖尿病并发症的同时增加，包括视网膜病变、神经病变和肾病（图 4）。并发症源于糖尿病的全身性，因此不易在体外研究。此外，这些并发症会发展多年。类器官提供了一个机会来研究首先和最受影响的细胞类型，以及在这些糖尿病并发症的背景下葡萄糖和其他代谢物的影响。基于类器官的研究可能会补充小鼠模型，以检查这些并发症的人类特异性方面。
血管并发症Vascular complications
在过去的 10 年中，在生产与 hPSC 不同的 3D 血管网络方面取得了进展，摆脱了传统上使用 HUVEC 的类似系统。可以生成由内皮细胞和周细胞组成的类器官，并在体外暴露于高血糖条件或炎性细胞因子。这些情况显示会导致血管基底膜增厚，类似于在糖尿病患者中观察到的效果（图 4）。使用该系统，DLL4 和 NOTCH3 被进一步确定为糖尿病血管病变的驱动因素。随着人们认识到脉管系统在不同器官中在分子和形态上是不同的，因此出现了模拟特定器官内脉管系统的方案。此外，虽然上述系统是自组织的，但生物打印可用于通过减法（去除材料）或加法（逐层添加）方法创建设计血管 。生物打印还可以设计为施加一种流动，该流动可用于在内皮细胞的顶端呈现生长因子或治疗药物，并促进它们的成熟，这是通过剪切应力感应来促进的。虽然这些系统大多使用源自 HUVEC 的血管网络进行了测试，但原则上，类似的方法可以应用于特定组织的内皮细胞，包括那些源自 hPSC 的组织。此类平台适用于筛选药物以减少血管并发症，本着 2D 糖尿病心肌病所做的精神。
Nephropathies糖尿病肾病影响大约三分之一的 1 型糖尿病患者和 2 型糖尿病患者，并且对这种风险有很强的家族贡献 。已在小鼠模型中研究了糖尿病肾病，该模型很好地概括了疾病的早期阶段，包括轻度蛋白尿、系膜基质扩张和肾小球肥大 。然而，小鼠模型无法概括糖尿病肾病的晚期进展，例如明显的蛋白尿、肾小球硬化的组织病理学变化、肾小球基底膜增厚、间质纤维化和进行性肾功能不全 。
肾脏类器官可以来源于大量的 hPSC，但糖尿病肾病尚未使用肾脏类器官进行研究。然而，2022 年的一项研究利用类器官在体外重建糖尿病环境，方法是在 24 小时振荡周期中将培养基中的葡萄糖浓度从 5 mM 改变为 25 mM。该模型表明，与模拟健康个体的葡萄糖浓度恒定为 5 mM 的培养物相比，这些波动的葡萄糖浓度会诱导肾脏代谢程序，从而增加 SARS-CoV-2 感染的易感性。肾脏类器官可来源于患者细胞以概括糖尿病的遗传易感性，或来源于可用于测试特定基因功能的转基因 hPSC。大多数肾细胞类型目前都可以以类器官的形式进行培养，包括足细胞、几种类型的肾小管和间质细胞群，包括系膜细胞（图 4）。一个限制是目前的肾脏类器官代表胎儿而不是成熟的器官。出于这个原因，迄今为止，肾脏类器官已被用于研究胎儿发病的疾病，例如囊肿性疾病。在这些研究中，与没有感兴趣的突变或变异的细胞相比，致敏条件被用来揭示携带致病突变的细胞的疾病表型。本着同样的精神，糖尿病肾病的小鼠模型已经通过敏感的遗传背景得到改善，例如内皮一氧化氮合酶缺乏症，并且这种方法可能适用于人类类器官环境。目前的肾脏类器官模型已被证明适用于筛选改善或恶化不同疾病表型的分子，尽管与糖尿病肾病相关的检测仍有待建立。这些无血管类器官足以测试葡萄糖以及其他代谢物和蛋白质（例如胰岛素）对肾细胞（尤其是足细胞）的影响，而许多其他糖尿病肾病症状则需要血管化类器官。
糖尿病肾病的一个重要早期组成部分是内皮损伤。因此，包括内皮细胞和类血灌注在内的模型将非常有用，特别是对于研究足细胞足部消失和肾小球基底膜增厚。在体外器官中产生的肾小球可以在体内移植或鸡绒毛尿囊膜植入后血管化。虽然在 2015 年左右生产的早期肾脏类器官中共同开发了一些内皮细胞（参考文献 ），但这些细胞无法建立过滤屏障，即使在内皮细胞产量增加后也是如此。然而，在微流控芯片上流动培养肾脏类器官导致可灌注血管网络扩张、足细胞足和原始肾小球基底膜的形成，这将为糖尿病肾病提供有用的早期读数。然而，肾小球滤过的缺乏将限制研究糖尿病肾病。之前对其他肾脏疾病进行建模的经验也表明，蛋白尿不会是一种容易建模的表型。当前类器官的另一个局限性是缺乏完全互连的肾小球滤过单元分支网络，尽管这种局限性对于糖尿病肾病建模可能不太重要 。
在体内，内皮损伤也强烈参与促进炎症分子的表达，例如影响足细胞和增加糖尿病肾脏免疫细胞浸润的细胞因子。免疫细胞可能是另一个值得整合到未来模型中的组件。肾脏类器官的有限寿命将是糖尿病肾病研究需要克服的一个重要限制，因为这些类器官在培养 30 天后会发生纤维化和脱靶群体的扩大 。这种背景纤维化也会使检测糖尿病肾病中发现的晚期纤维化变得更加困难。高血压和肾小球滤过率是晚期糖尿病肾病的两个重要特征，这可能难以在类器官中概括，因为它需要血管化过滤单元重建肾小球结构和灌注系统，压力可以在数周内精确控制。更多的生物工程方法，包括生物打印，被设计用来模拟糖尿病患者的葡萄糖重吸收。
Neuropathies糖尿病性神经病会影响多种神经，包括感觉神经和自主神经。受影响最普遍的神经元是最长的，支配脚，其次是手 。类器官正在成为外周感觉神经元模型 （图 4）及其与皮肤等外周器官的联系。然而，鉴于糖尿病并发症的长期发展以及遗传、代谢、神经血管和自身免疫因素在其病因学中的作用 ，在体外模拟神经病变将非常具有挑战性。
Retinopathies糖尿病视网膜病变影响 80% 的糖尿病患者超过 20 年。传统上认为糖尿病视网膜病变的第一步是针对脉管系统，尽管也有证据表明视网膜的多种神经元细胞类型在早期受到影响，神经胶质增生也可能是一种早熟事件。因此，理想的模型将概括视网膜和灌注的脉管系统。模仿眼部血管系统的特性将能够解决为什么这些血管在糖尿病中似乎特别受影响的问题。模仿神经视网膜的视网膜类器官最初是从小鼠胚胎干细胞 产生的，随后是从 hESCs 产生的 ，并且协议已经演变为产生更多功能和多样化的神经元细胞类型和更忠实的细胞组织 。 2019 年，开发了一种结合视网膜上皮和视网膜色素上皮的微流体系统，可用于轻松应用介质来模拟糖尿病环境或测试可保护神经元或神经胶质细胞免受糖尿病视网膜病变影响的药物（图 4） ).然而，结合视网膜脉管系统和视网膜的系统尚不可用。
结 论 Conclusions 到目前为止，类器官模型主要应用于单基因形式的糖尿病，很少应用于 T1DM 或 T2DM。然而，该领域正在向前发展，使为细胞系或体内模型开发的检测方法适用于类器官。有几种类器官模型可用于胰腺，使用内分泌细胞 3D 聚集体的相关系统也是如此，例如假胰岛。其他器官最先进的类器官系统是肾脏和肝脏。所有源自 hPSC 的系统都可以轻松地为我们提供数百万个细胞供我们使用，并使基因操作能够将患者细胞与非糖尿病人的细胞进行比较。然而，需要在更成熟的成人结构和功能方面取得进展，才能最好地模拟糖尿病的成人阶段。即使对于来自成体细胞的类器官，体外功能的保留也需要仔细的基准测试。这种限制一直是一个长期存在的问题，尽管 3D 培养使体外系统能够与体内系统保持更多相似性，但培养基比体内生理液体更简单。
技术发展也有望提供生长设备，使更多的灵活性、多孔格式适合筛选和微流体系统。微流体系统将能够并行检索多个生理参数，并连接不同人体器官的类器官模型。这些系统可以实现器官间通信的重演，尽管在寻找稳定条件以维持所有类器官系统的功能方面仍然存在挑战，尤其是在长时间内。生物工程和生物打印也在发展，提供改善器官结构的设备。鉴于结构、分化和功能之间的联系，混合培养方法提供了指导性几何约束，同时实现了类器官的自组织特性。尽管该领域带来了很多希望，但我们必须小心，因为尽管类器官能够直接在人体细胞中测试疾病机制和潜在药物，但它们的相关性以及它们是否比动物模型做得更好仍然是悬而未决的问题。迄今为止，糖尿病研究受益于互补方法，而类器官是抗击该疾病的新型武器。
