Teratoma

深度聚焦类器官与3D培养论坛，OTC2024论坛合作详询：王晨 180 1628 8769●  　  ●    　●目前全球有约4.6亿糖尿病患者，每年有420万人死于糖尿病，我国有近1.3亿糖尿病患者。在 1 型糖尿病中，胰岛β细胞遭到机体免疫系统无情地破坏，部分或完全失去了分泌胰岛素的功能，造成体内胰岛素绝对缺乏，引起了血糖水平持续升高，于是糖尿病出现了。胰岛移植虽可以改善患者的胰岛素不足问题，但是供源不足，临床上无法大规模开展。近年来，蓬勃发展的干细胞技术解决了一部分细胞来源问题，但也存在局限性——胰岛β细胞的转化率低、稳定性差等。因而建立一个稳定高效的胰岛β细胞制备方案很重要。本文综述了细胞起源、生物材料和用于制造人类胰岛类器官的先进技术的最新进展，并讨论了它们的优点、缺点和未来的挑战。作者望这篇综述能为构建人类胰岛类器官提供一个跨学科的视角，并为组织工程和再生医学提供见解。1胰岛β细胞是目标人类胰岛人体的胰岛素来源胰岛，胰岛是许多大小不等和形状不定的细胞团，散布在胰腺的各处。胰岛中的细胞主要由α细胞，β细胞，δ细胞和pp细胞组成。1型糖尿病是由胰岛β细胞受损，导致胰岛素分泌绝对不足造成的。1型糖尿病发病机制胰岛素是机体内唯一可以降低血糖的激素，由胰岛β细胞分泌而来。针对 1 型糖尿病，想要拯救分泌不足的胰岛素，生产源源不断的可分泌胰岛素的 β细胞是目标。类器官类器官（Organoid），最早定义是通过细胞分离和重聚来模拟器官发生。自2009年，荷兰科学家Clevers团队开发小肠类器官以来，类器官的定义变成了由器官特异性细胞组成的三维（3D）结构，其来源于多能干细胞（PSC）或成人干/祖细胞。类器官organoid被描述为“体外微型器官”或某种程度上的“人造器官”，可模拟体内器官景观，展示体内发现的一系列细胞类型，并展示器官功能的某些方面。Organoid技术已经成为一种工具，可弥合细胞和组织/器官水平的生物模型之间的差距，在保留某些生理功能的同时，更真实地描述体内组织的空间组织以及细胞和细胞外环境之间的相互作用。在过去的十年中，胰岛类器官作为一种很有希望的糖尿病模型引起了越来越多的关注，它可以揭示胰岛相关疾病的机制，并且是一个测试药物效力和毒性的良好平台。例如，胰岛类器官可以填补我们有关早期（8周妊娠）和晚期妊娠人类胰腺组织（妊娠22周）的人类胰腺发育知识的空白，有望成为糖尿病治疗中移植的新胰岛资源。2制造人类胰岛类器官的细胞构建胰岛类器官，需要胰腺内分泌细胞。适合构建胰岛类器官的细胞类型，包括：1）人类多能干细胞来源的胰岛细胞；2）通过去分化和再分化在成人胰岛中富集的胰腺内分泌细胞；3）非胰岛谱系细胞（如导管、腺泡细胞和肝细胞）。不同方案制备胰岛类器官，在结构和功能上存在显著差异。同时，辅助细胞（包括内皮细胞和间充质细胞）在胰岛类器官形成过程中有促进作用（图1）。PSC衍生的胰岛细胞系多能干细胞（PSC），包括胚胎干细胞（ESC）和诱导性多能干细胞（iPSC），都是理想的胰岛细胞来源。从PSC获得β细胞是一种很常见的方法，利用PSC衍生的胰岛内分泌细胞制造3D人类胰岛类器官。早在2001年，hESC系H9通过悬浮培养中形成了类胚体的形态。在分化19天后，这些类胚体平均有1–3%的胰岛素阳性细胞和更复杂的结构（如上皮或内皮样细胞结构）。随后，从PSC中提取的胰腺内分泌细胞可以体外培养富集，形成簇状结构。人ESC来源的胰岛素生成细胞也可以自我聚集成胰岛素阳性簇，并通过移植或与人脐静脉内皮细胞（HUVECs）混合实现血管化。除了PSC衍生的内分泌细胞外，内胚层祖细胞也可能是胰岛类器官生成的一种有希望的资源，这可能会大大缩短体外培养时间并降低经济成本。来自人类胰岛或非胰岛谱系的胰岛内分泌细胞人类胰岛细胞也是胰岛类器官的一种细胞来源。在研究中，人类胰岛被制成单个细胞，并重新聚集成具有标准尺寸的小胰岛类器官，也被称为假胰岛。重新聚集的人类胰岛的形态与天然胰岛相似，可以改善糖尿病小鼠的糖尿病逆转。由于成熟胰岛内分泌细胞的增殖能力有限，替代方案可能是制备大量的胰岛素生成细胞。在这些研究中，通过扩张成人胰腺组织或从胎儿胰腺消化的胰腺祖细胞成功生成了人类胰岛类器官。此外，来自β细胞去分化的内分泌祖细胞可以分化为NGN3阴性、激素阳性的β（胰岛素）、α（胰高血糖素）和δ（生长抑素）类细胞。另一项研究说明了利用仿生支架构建细胞间和细胞-基质连接，以诱导β细胞去分化，从而进行再分化。或者，内胚层来源的分化细胞的反式分化也应用于胰岛类器官的生成，例如肝脏、胃肠道上皮和外分泌胰腺细胞。然而，脱分化和再分化的不同培养效率因情况而异，胰岛的扩增也存在很多争议，这限制了从成人组织中提取胰岛类器官的发展。因此，人们一直致力于寻找具有向内分泌细胞扩张和分化能力的成年胰岛内分泌祖细胞。有报道在成年小鼠胰腺中发现的新的PRORC阳性内分泌祖细胞可以在成年体内平衡期间生成新的内分泌细胞。在体外，这些PROCR阳性的前体细胞可形成以β细胞为主的功能性胰岛类器官，并被α、δ和PP细胞包围。然而，人类胰岛是否包含对应的祖细胞群仍不清楚。与PSC衍生的内分泌细胞相比，利用成人组织中的细胞可以避免移植后形成畸胎瘤的风险，糖尿病患者的胰腺细胞可以成为生成人类胰岛类器官的更自然的来源。胰岛类器官的辅助细胞内皮细胞和间充质细胞等也对胰岛的存活和功能起支持作用。胰岛有丰富的血管供应，为人类胰岛提供充足的氧气、营养供应、微调血糖传感和调节。内皮细胞可以产生多种因子，如结缔组织生长因子、骨形态发生蛋白2（BMP-2）和BMP-4，可增加人ESC衍生的胰腺祖细胞贴壁培养中胰岛素的表达，并介导胰岛特异性成熟。例如，HUVEC或内皮细胞已与人类胰腺祖细胞或内分泌βH1β细胞混合，以促进胰岛类器官的自我聚集、成熟和血管化[35、39、57]。除了外源性添加内皮细胞外，内皮生长因子还可以诱导人胰岛类器官的血管生成。血管生成素-2已被证明在胰岛类器官内诱导VE钙粘蛋白+内皮细胞和NG2+周细胞的广泛传播。此外，血管生成素-2可以部分补充内皮细胞对β细胞的体内旁分泌刺激，通过促进F-肌动蛋白重塑和调节钙离子内流动力学，使人类胰岛类器官具有天然的葡萄糖刺激胰岛素分泌水平。MSC也参与胰岛样类器官的构建，包括自组织、血管网络的构成和旁分泌功能：（a）间充质细胞触发自凝，这种由肌动球蛋白细胞骨架轴产生的牵引力导致细胞群的定向和剧烈运动。（b） 在肌内人胰岛移植模型中，除了触发自凝聚外，间充质细胞还支持内皮细胞相互作用：人胰岛内皮细胞从移植中心迁移到周围组织，与受体内皮细胞形成嵌合血管；（c） 据报道来自骨髓的大鼠间充质细胞通过释放HGF和TGFβ等营养因子，在水凝胶环境中支持包裹的小鼠胰岛，葡萄糖激发后胰岛素分泌增加。3制造人类胰岛类器官的材料人胰岛类器官中的生物材料可以为细胞提供3D结构的支持、细胞外环境（ECM）的模拟以及在移植后的隔离保护。用于人胰岛类器官构建的天然基质天然基质是细胞外基质（ECM）衍生物或类似物，可模拟体内组织或器官的天然ECM。天然基质分为三大类：多糖材料、蛋白质/肽基材料（如胶原蛋白、明胶、弹性蛋白和纤维蛋白）和脱细胞ECM材料。多糖材料多糖材料由于具有快速凝胶特性，适合在体外制造3D支架。1980年，首次将海藻酸钠应用于生物人工内分泌胰腺的胰岛微囊化。海藻酸钠可以保护胰岛细胞在移植后免受炎症反应的影响。海藻酸钠还可以通过包裹来源于PSC的胰腺内分泌祖细胞，用于生成人类胰岛类器官。缺点是海藻酸钠细胞粘附和细胞相互作用能力较低，无法提供细胞存活所需的细胞锚定。2020年，海藻酸钠和壳聚糖组成的胶囊，用于生成人类胰岛类器官。该胶囊具有高度的均一性，通过包封来自iPSC的胰腺内分泌细胞，为人类胰岛类器官提供3D培养。基于多糖材料在体外支持3D支架和模拟ECM生成人类胰岛类器官方面显示出巨大潜力。蛋白质/肽基材料蛋白质/肽基材料由存在于天然ECM中的基质蛋白制成，包括胶原蛋白、明胶、层粘连蛋白、纤维连接蛋白和弹性蛋白。在这些蛋白质中，胶原蛋白是种类最丰富的结构蛋白，已被广泛用于三维干细胞培养。除了为胰岛类器官构建人工3D结构外，基于蛋白质的材料还将增强胰岛类器官的功能和成熟度。如I型胶原和IV型胶原的高表达被证明有助于人类胰腺的发育，I型胶原和IV型胶原的结合将导致培养的人类胰岛中胰岛素基因的表达高于纤维连接蛋白或层粘连蛋白。V型胶原基质的存在促进了人类胰岛类器官的再生和葡萄糖反应性激素的产生。脱细胞ECM材料脱细胞ECM（dECM）材料从脱细胞组织/器官中获得。dECM材料可以更好地模拟体内组织或器官的生态位。体内ECM具有组织特异性成分，包括特异性生长因子和大分子成分，以及机械性能。因此基于dECM的材料不仅可以作为支架，可用于在体外培养中确定特定的细胞命运。脱细胞胰腺ECM基材料成为改善胰岛细胞微环境的合适基质，并促进人PSC向胰岛细胞分化。在胰腺dECM材料上从PSC分化的细胞显示出与天然胰岛相似的细胞组成，并呈现出胰岛标志物表达增加和更多胰岛素分泌以响应葡萄糖刺激。总的来说，dECM的材料为细胞提供了一个近乎自然的微环境，但有几个限制妨碍了它们的临床应用：a）获得dECM凝胶的过程，包括脱细胞、提取和纯化，既耗时又昂贵；b）原材料资源，尤其是生物质资源的批次间可变性；c）几乎不可能控制生物物理性质和生化成分；d）这些凝胶来自可能遭受细胞相容性和病原体传播的生物体。用于人类胰岛类器官构建的合成基质材料用于药物治疗的合成基质材料通常具有生物相容性和无毒性，具有可控性、再现性、降解性和良好的机械性能等优良特性。常见的合成聚合物包括聚乙二醇（PEG）及其衍生物、聚乳酸（PLA）、聚乳酸-乙醇酸（PLGA）、聚乙烯醇（PVA）、聚己内酯（PCL）。根据具体应用，合成基质可以定制为不同的特性，例如，提供ECM特性以增强体外细胞间的相互作用，并模拟天然胰岛的硬度，这使得合成基质成为一种有前途的基质材料。PCL是一种具有高机械稳定性的生物相容性和生物可降解聚酯，通过将PCL与价格合理、热稳定性高、亲水性强的PVA混合，可以改善其较差的细胞亲和性。基于PEG的基质也是一种多功能工具，用于模拟细胞微环境，并为人类胰岛类器官提供平台。与悬浮培养相比，由PEG/胶原蛋白I混合基质制成的3D培养平台对人类胰岛类器官具有优势：a）能够长期培养胰岛类器官b）保持聚集大小和形态c）不会对胰岛分化产生不利影响d）提供聚集恢复的手段。为了改善合成基质的低细胞-基质相互作用，科学家将天然成分与合成聚合物混合，例如明胶/PLGA和PEG/胶原I基质，它们也被定义为半合成基质材料。4人胰岛样类器官的制备方法3D培养为类胰岛提供一个更真实的环境和结构组织，类似于天然人类胰岛。构建的标准方法包括传统的自聚集法、改良的自聚集法和水凝胶包埋法。还将讨论3D生物打印、脱细胞器官支架和芯片上器官等新出现的方法（图3）。胰岛类器官三维结构的传统细胞自聚集细胞自聚集（自组织），是一个分离的细胞可以自组装成组织样结构的过程。低粘附性培养材料、辅助细胞和软基质等因素，均可促进细胞自聚集。例如，低附着板可以刺激人PSC衍生的游离胰腺祖细胞、内分泌细胞或人β细胞自发聚集成3D胰岛样器官。提供悬浮培养条件的旋转烧瓶可以诱导胰岛类器官的3D结构。将人胚胎干细胞悬浮在旋转瓶中形成类胚体，获得3D结构，然后进行逐步的胰岛内分泌分化。此外，间充质细胞可以帮助启动自我聚集，并改善聚集功能。MSCs触发的自组织胰岛样类器官被放置在3D打印的组织捕捉器中，并植入小鼠体内90天，具有检测血管、更多胰岛素阳性细胞和人类C肽分泌。软基质也有助于细胞的自聚集。因此，传统的体外细胞自聚集可以产生令人印象深刻的类器官微观和功能复杂性。然而，由于缺乏预先定义的外部模式指示，传统的细胞自聚集总是会导致聚集维度变化很大的异质类有机物群体，每个聚集体的细胞数量被认为在细胞簇分化和功能性中发挥作用。胰岛类器官三维结构的改良细胞自聚集确定簇的大小对于人类胰岛类器官的生成非常重要。无论是体外培养还是植入，与小尺寸胰岛相比，大尺寸胰岛都会导致坏死增加和细胞活力降低。小型人类胰岛类器官（250个细胞）的细胞胰岛素含量比大型同类器官（1500个细胞）高2.8倍。为了获得同质大小的类有机物，相应地开发了用于某种程度上受控的细胞自聚集的替代方法，例如悬滴、微接触打印和微孔平台。悬滴法通过重力形成细胞团，通常用于胚状体的形成，完全不接触任何人工支持基质或表面。Montanari及其同事报道通过将单个人类胰岛细胞与悬挂的微滴中的MSC混合而生成胰岛类器官的方法，这些微滴在体内具有功能性胰岛素分泌。通过悬滴，可通过改变细胞悬浮液浓度、液滴体积和培养时间来调节胰岛类器官的大小。然而这种方法是劳动密集型的，不适用于大型工程。Mendelsohn及其同事报告了一种微接触打印策略，通过在玻璃盖玻片上打印共价连接的细胞粘附蛋白层粘连蛋白斑点。这项技术提供了对细胞簇形状和大小的特殊控制，而高速打印使生产β细胞聚集体的高通量方式成为可能。然而，这些细胞簇只有两到三层细胞，甚至不能从基质上移除。因此，它们也不适用于胰岛模型、生物学试验或植入。微孔可能是一种有希望的基于自组织的胰岛类器官生成方法。微孔由多个微米大小的腔室组成，通过光刻或微图案化产生，材料范围广泛，如聚二甲基硅氧烷（PDMS）、聚乙二醇和琼脂糖水凝胶。在琼脂糖微孔平台上，细胞被捕获并聚集成葡萄糖反应的“假胰岛”或大小稳定且均匀的胰岛素产生类器官，这提高了移植后胰岛细胞的存活率。此外，凹形微孔底部较薄，增强了大鼠胰岛球体的透氧性，因为在充足的供氧条件下，胰岛球体呈现出长期可持续性、增强的生存能力和增加的激素分泌。经证明，涂有组合ECM蛋白的薄膜微孔阵列支架可促进人类胰岛功能和存活率。然而微孔仍然存在局限性，例如细胞聚集体的尺寸范围狭窄、微孔制备所需的特殊程序以及细胞分布的低可控性。此外，尽管带有悬浮液的自聚集类有机物显示出极好的营养扩散，但缺乏某些物理化学支持，如自然器官生态位，会降低胰岛类有机物的稳定性和细胞活力。基于水凝胶的人胰岛类器官包埋和封装除自聚集外，将细胞包埋在水凝胶基质中也是建立胰岛类器官三维结构的一种很有前途的方法。在这种方法中，分离的细胞颗粒通常悬浮在聚合物溶液中，直到细胞均匀分布，然后通过聚合物的交联形成水凝胶。水凝胶基质为聚集细胞提供初始指导，并作为胰岛类器官形成的后续物理支持和约束。将人类ESC与I型胶原和基质凝胶溶液的混合物包埋，形成初始半径为8 mm、厚度为2.5mm的3D支架，可建立胰岛类器官。在另一份报告中，人类胎儿胰腺组织的小块被包裹在Matrigel中，并扩展成具有胰岛内分泌命运的类器官。将细胞包埋在水凝胶中建立的胰岛类器官不仅可以形成胰岛细胞的三维结构，提供模拟胰岛自然生态位的细胞-细胞外基质相互作用，而且有助于其长期存活。为了维持移植后胰岛在体内的可持续性，“胰岛包裹”可能是一个很好的策略。包封方法就像一个胶囊，由被基质材料包围的胰岛组成。Stock及其同事用聚乙二醇-马来酰亚胺（PEG-MAL）与二硫代PEG（SH-PEG-SH）交联制成的保形涂层，并辅以PepGel肽和PEG低聚乙硫醚（PEG-OES）纳米纤维，将源自人类干细胞的类胰岛有机物包裹起来。在这项研究中，胰岛样类器官在体外与未包封的胰岛保持相当的胰岛素分泌曲线和刺激指数长达7天，甚至可以防止在海藻酸钠和聚乙二醇-海藻酸钠较大微囊中包封的胰岛中可见的中央坏死。此外，将胰岛类器官移植到糖尿病小鼠体内，使糖尿病得以长期逆转，并在没有免疫抑制的情况下维持正常血糖80天以上。但这种封装应用仍存在一些局限性:由于封装的胰岛较小，植入的胶囊无法固定在精确的位置，也不容易从患者身上完全取出；当包封在更大的配置中时，存在扩散问题，导致氧气扩散不良，严重损害胰岛的生存能力；封装后胰岛的寿命和扩展性仍不足以满足后续医学应用。人胰岛类器官的三维生物打印通过3D生物打印技术构建人体类器官受到了特别关注。通过模仿器官的自然异质结构，类器官形成有望在所需位置定位不同类型的细胞，或在特定位置诱导祖细胞成为所需类型，如打印。3D生物打印技术能够以高精度和可重复性将所有组件打印和模式化为3D结构，包括空间分布的细胞、生物材料（bioink）和生物活性因子。因此，3D生物打印提供了构建类器官的理想策略。在胰岛方面，通过3D打印，PLA和纤维蛋白水凝胶被用于容纳人PSC衍生的β细胞簇。在移植到小鼠体内后，SC-β细胞嵌入3D打印设备可运行12周，可回收，并保持结构完整性。Duin及其同事通过3D挤压生物打印技术制作了具有嵌入大鼠胰岛的大孔水凝胶结构。这种大孔结构可以增加表面与体积的比率，并将胰岛与周围体液/血管之间的距离减少到几百微米以下。在培养过程中，检测到具有特定几何形状的嵌入bioink（褐藻酸盐和甲基纤维素）中的胰岛，其存活率约为80%，葡萄糖反应性长达七天。此外，3D生物打印技术通过其重建复杂形态和多细胞环境的潜力，在制造具有血管结构的胰岛组织样结构方面发挥了独特的作用。基于3D海藻酸钠-明胶生物打印技术，制作了一种具有小鼠胰岛（核心）和内皮祖细胞（保护壳）的同轴结构。在这项工作中，3D生物打印被证明可以精确控制多种细胞类型的分布，这有可能改善血管重建和抑制免疫反应。通过制作微通道，3D生物打印模拟天然血管树，为胰岛灌注充足的氧气和营养供应。通过3D生物打印，胰腺的dECM被证明是一种很有前途的胰岛类器官生物墨水，并且dECM显示出剪切变稀的行为，这有利于嵌入细胞的存活，因为通过打印喷嘴时剪切应力被释放。尽管采用了革命性的生物打印技术方法，人工胰腺制造的改进潜力巨大，但其技术开发的早期阶段阻碍了其生产准备过程。需要解决的是a）合适的bioink：bioink材料的选择受到严格印刷条件的限制，几乎所有水凝胶都很脆弱，不稳定，无法保证胰岛的长期存活。具有良好的生物相容性、适当的生物和物理化学性质的现有标准或商业生物油墨很少b）打印速度：在当前的生物打印技术中，人体大小的组织和器官需要太长的打印时间，从而影响打印细胞的细胞活力。用于胰岛类器官的脱细胞器官支架目前，体外建立的胰岛类器官受到毫米级大小的限制，限制了在移植中的直接使用。为解决这个问题，可以从人类尸体上制备脱细胞支架，并用分离的器官特异性前体或直接用含有实质、血管和其他辅助细胞类型的类器官进行接种。加上生理上合适的培养方法和生物反应器培养，这些支架可以在体外支持更大器官结构的生长。人胰岛器官芯片芯片上器官是一个新的概念。与微流控技术结合，类有机物在提供仿生细胞或组织微环境方面具有显著优势。与静态培养相比，微流控技术引入了一种可促进营养物质、氧气和废物运输的灌流，以模拟血液流动。已经开发了一种器官芯片微流控装置，以促进IPSC和3D胰岛类器官胚胎体的形成，这可以改善胰岛类器官的功能和成熟。Walker及其同事通过悬滴分散人类胰岛细胞，制备了胰岛类器官，并在微流控系统中培养胰岛类器官以促进其存活。在接下来的研究中，Oxy芯片被用于支持具有更好的氧气利用率和胰岛功能的主要人类胰岛类器官，其中芯片孔的聚（甲基丙烯酸甲酯）基底被透氧全氟烷氧基（PFA）膜取代。微流控平台也可用于创建3D模型，不同类型的细胞保持在分离的隔间内，并通过微通道阵列连接。与静态和常规模型（大小不一的天然胰岛）相比，动态条件下的胰岛类器官可能对药物（如甲苯磺丁脲和GLP-1）表现出更高的敏感性。总之，胰岛类器官与微流控系统相结合将是疾病建模、高通量药物分析和再生医学的完美平台。机械刺激在人胰岛类器官构建中的作用机械刺激对细胞的影响已引起广泛关注。据报道，机械信号可能会影响β细胞的分化和功能。在人类胰岛类器官的构建中，机械刺激也起着重要作用。细胞聚集产生的几何结构被认为是胰岛类器官生成过程中最直接的机械刺激。Hogrebe及其同事发现，烧瓶3D旋转培养中的细胞骨架状态不同于2D贴壁培养，这严重影响了β细胞的定向分化。生物材料的存在会对人类胰岛类器官产生多种机械刺激，如硬度、地形和机械压力。生物材料的硬度（杨氏模量）可以调节细胞自聚集，用于人类胰岛类器官构建和β细胞分化。β细胞可以感知地形，并将其转化为生物信号，从而促进体外长期人类胰岛培养。在微流控平台中，剪切应力由流速决定，并影响胰岛类器官的形态和功能。检测到灌注较慢的动态条件可改善大鼠胰岛类器官丰富的微绒毛、紧密的细胞连接和增强的葡萄糖反应性，而灌注较高或静态条件下则相反。总之，细胞聚集、生物材料和构建人类胰岛类器官的技术都可以通过机械刺激影响类器官的存活、分化和功能。目前其机制主要集中在机械损伤引起的细胞死亡，调节YAP、整合素和细胞骨架动力学等机械信号。最适合人类胰岛类器官的最佳机械环境尚未确定。在人类胰腺中，胰岛被外分泌部分和丰富的血管组织包围，这些组织可以为胰岛提供刚度、地形和机械压力。因此，未来人类胰岛类器官构建的研究不仅要关注类器官本身，还要了解天然胰岛的机械环境。5挑战和展望目前人胰岛类器官的发展道路上还存在着三大挑战：类器官中胰岛细胞类型、比例以及空间位置错乱；类器官的批次、个体之间的巨大差异性；受到免疫排斥、缺氧等因素影响，移植后的胰岛类器官存活率低。胰岛类器官可以促进人类胰岛的研究，尤其是在人类胰岛发育、糖尿病疾病模型和胰岛移植领域。自从埃德蒙顿方案首次获得成功以来，胰岛并不是移植的唯一来源。近年来，基于干细胞的糖尿病临床试验已经被提出并实施。2014年，ViaCyte提交了人类ESC源性胰腺祖细胞移植治疗T1D的首次试验（NCT02239354）。2021年1月，SEMMA启动了一项HESC来源的β细胞治疗T1D的临床试验。蓬勃发展的人类胰岛再生无疑将使再生医学更接近糖尿病患者，并有望补充遗体胰岛的临床移植需求。主要参考文献：Lai Jiang, Yiru Shen，Yajing Liu, Lei Zhang，Making human pancreatic islet organoids:          Progresses on the cell origins, biomaterials and three-dimensional technologies，                Theranostics 2022, Vol. 12, Issue 4：: 1537-1556END深度聚焦类器官与3D培养论坛，OTC2024论坛合作详询：王晨 180 1628 8769戳“阅读原文”立即领取限量免费参会名额!

核药收购热潮再次被阿斯利康推上新的高度。近日，阿斯利康以超20亿美元的款项收购Fusion ，其核心产品FPI-2265处于II期临床。而去年，礼来斥资14亿美元收购POINT Biopharma公司，囊获两款Ⅲ期RDC管线PNT2002和PNT2003。BMS斥资41亿美元收购RayzeBio公司，首发管线RYZ101已进入Ⅲ期临床。毫无疑问，这是被先行者诺华的Pluvicto药物在2023年优秀的临床及市场表现所激发的并购热情。那么核药RDC能否复刻“魔力子弹”ADC的优秀表现？从结构上看：ADC是魔力子弹RDC则是真正核弹ADC是将抗体与已知有效的毒性分子连接组成，其结合了靶向药物和化疗药物的特点，可避免伤及正常细胞，实现精准治疗。其包含抗体antibody、linker、小分子药物drug三个结构模块。来源：《放射性核素偶联药物的研究进展》RDC相较ADC，在原有三大结构之下，还新增了螯合物，并且在配体、连接臂与有效载荷部分。最大的区别在于药物载荷，RDC的有效载荷为放射性核素，只需依靠射线照射杀伤肿瘤细胞，不需要进入肿瘤细胞内。RDC利用物理性质的肿瘤杀伤理念，理论上来说更不容易产生耐药性。配体方面，由于RDC的放射特性，其往往需要更精准的导向和更快的代谢率。技术关键突破难点关键是螯合物，金属核素需要借助螯合剂，现有螯合剂使用中，肾脏、肝脏代谢还未达到很好的水平。从临床应用上：ADC表现不同类型肿瘤的治疗潜力RDC在治疗前列腺癌上临床获益明显全球15款上市的ADC药物，治疗疾病涉及淋巴瘤、白血病、乳腺癌、多发性骨髓瘤、乳腺癌、头颈癌、尿路上皮癌等。其中第一三共/阿斯利康的德曲妥珠单抗披露的数据相对优异。德曲妥珠单抗的DESTINY-PanTumor02研究分析显示其HER2表达实体瘤中不同肿痛类型的潜力，总研究人群中经研究者评估的确认的客观缓解率为37.1%。中位无进展生存期为6.9个月，中位总生存期为13.4个月。来源：ESMO年会而RDC药物目前的先行者之一是诺华的Pluvicto， III期PSMAfore试验积极数据：PSMAfore达到了无影像学进展生存期（rPFS）主要终点，HR为0.411，与对照组相比，Pluvicto组的中位rPFS增加了一倍以上，达到12个月。从市场表现上：ADC全球突破百亿美元大关RDC展现爆发力，增长261%2023年上市ADC药物销售额超百亿美元，市场表现较好的ADC是阿斯利康的优赫得Enhertu（德曲妥珠单抗）和罗氏的赫赛莱Kadcyl（恩美曲妥珠单抗），他们2023年全球的销售额都分别超20亿美元，其中优赫得大增113%。而诺华旗下2款核药Lutathera和Pluvicto在2023年总销售额突破15亿美元（折合人民币114亿元），Pluvicto显示出比Lutathera更强的销售爆发力，上市才2年，在产能受限的情况下， 2023年销售总额达9.8亿美元，同比增长261%。来源：诺华2023年财报但是RDC产业准入壁垒比ADC高很多。在产能上，严重缺乏医药同位素供应，且自主化产能低、缺口大、严重依赖进口，在买卖关系中处于较弱势地位，难以掌握定价权。整体监管体系特殊、复杂且严格。另一方面，设备、技术人员壁垒高，医疗机构倾向于品牌力强的企业。同时，放射性核素不仅仅有放射性，同时还有区别于其他药物的特定半衰期、辐射自分解及不稳定性等特性，使得其对于物流配送有着极高的要求。封面图来源：123rf版权声明/免责声明本文为授权转载文章。本文仅作信息交流之目的，不提供任何商用、医用、投资用建议。文中图片、视频、字体、音乐等素材或为药时代购买的授权正版作品，或来自微信公共图片库，或取自公司官网/网络，部分素材根据CC0协议使用，版权归拥有者，药时代尽力注明来源。如有任何问题，请与我们联系。衷心感谢!药时代官方网站:www.drugtimes.cn联系方式:电话:13651980212微信:27674131邮箱:contact@drugtimes.cn减肥神药成本5美元标价1000，药价与生产和研发成本是否相关？《生物安全法案》阴影下的药明生物，2023年年报需要回应哪些事？如果失去"自免TOP 1"，艾伯维会被谁取代？点击这里，欣赏更多精彩内容！

为打造全球ADC/RDC未来产业高地，成都医学城拟于2024年4月18日-19日举办首届未来XDC新药大会！大会以“共创偶联药物产业未来”为主题，由同写意策划，安排一场主论坛和九场主题论坛，邀请“政、产、学、研、金、媒”各领域专家，通过“成果发布、主题演讲、热点对话、表彰颁奖、展览展示”五位一体的多元化的组织形式，迸发更多XDC产业新科技、新业态、新模式，构建XDC产业全新生态，触摸医药产业未来脉动。中国医药产业正处于由“仿制”走向“创新”的历史关键节点，投资者关心的不再是过去的业绩，而是谁会成为医药赛道的下一个爆点？在此前文章中，我们曾先后复盘过ADC、GLP-1、小核酸药物等热门赛道，而近期被MNC集中布局的放射性核素偶联药物（RDC）赛道实则也具有爆发的潜力。长期以来，由于核药放射性的特殊属性，使得国内这一赛道的发展曾一度遭遇了诸多制约。但随着前沿科技的深入推进，越来越多可靠的手段被应用到核药上面，国内政策也由谨慎逐渐转变为鼓励，点燃了资本关注核药的热情。谁是国内核药赛道龙头呢？谁又会成为资本市场追捧的幸运儿呢？这一切的答案或许就在于中国核药赛道的发展历史中。1政策春风吹进核药赛道核，一个让人谈之色变的词汇。由于核物质具有放射性，因此国内对核的各产业应用极为谨慎，这其中自然也包括了核药赛道。所谓核药，指的是放射性药物，既可用于医学显像诊断，也可用于临床治疗。在医学显像诊断方面，主要分为脏器显像用药物和功能测定用药物两大类，主要使用的核素为F-18、Ga-68、Tc-99m、C-14等。脏器显像用药物，又称显像剂，进入体内特异性聚集于靶器官或组织，用适当的手段和仪器对其产生的γ射线进行探测，从而获得药物在体内的位置及分布图像；功能测定用药物进入体内后，可选用特定的放射性探测仪器测定有关脏器或血、尿、粪中放射性的动态变化，以评价脏器的功能状态。图：常用显像诊断用放射性药物的临床应用分类，来源：光大证券治疗用核药则是通过口服或注射方式，将放射性药品高度选择性浓集在病变组织，产生局部电离辐射生物效应，抑制或破坏病变组织，从而发挥治疗作用。主要用于肿瘤、甲亢、类风湿性关节炎、肿瘤骨转移引发的骨痛等，包括靶向治疗药物与短程放射治疗药物，主要使用的核素有I-131、Y-90、Lu-177、Ac-225、Ra-223等。图：常用治疗用放射性药物及其主要应用，来源：光大证券据Insight统计，目前美国获批上市且未退市的核药共有57种，其中49个为诊断用放射性药物，6个为治疗用放射性药物，1个为诊断/治疗用放射性药物；而在国内，截至2023年10月，国内已有42款放射性药物获国家药监局批准上市，其中24款放射性药物仅用于诊断、15款放射性药物仅用于治疗、3款放射性药物既用于诊断也用于治疗；还有32款放射性药物处于临床试验及申请上市阶段。核药虽然上市的药物并不多，但其却已经拥有百年历史。早在1905年，居里夫人就通过创制的镭针，进行了第一例放射性同位素的插入治疗，揭开了放射性药物发展的序幕；20世纪30年代后，更多放射性同位素的应用逐渐被重视起来。图：核药发展历程，来源：德邦研究所我国最早的核医药要追溯到1956年，并在随后多年迎来快速发展。1987年，我国研制出99mTC标记盒（诊断药物主要有99mTc标记的各种化合物，占核医学诊断用药的80%以上）、裂变型99Mo-99mTC发生器，开始实现部分进口替代；1994年，中国成功研制质子回旋加速器，可以批量生产F-18核素，开启了中国正电子放射性药物国产化制备阶段。但较为遗憾的是，由于监管层面较为严苛的态度，以及不能适应放射性药物特点等问题，中国核药创新研发逐渐停滞。按照前几年出台的规定，药品注册过程中的实验阶段要求在GLP实验室里完成，同时放射性药物又必须符合辐射安全监管的体系。但多年来我国并没有既可以处理放射性材料，又具备GLP资质的实验室，这就影响到放射性药品新药的研发和申报。不过，这一切在2021年开始全面转变，政策春风持续吹进核医学赛道。先是2021年，国家发布的首个针对核技术在医疗卫生应用领域的纲领性文件《医用同位素中长期发展规划（2021-2035年）》，明确提出提升中国医用同位素相关产业能力水准，推动和规范中国放射性体内诊断药物的研发；而后又在2022-2023年中，密集推出多个推动核药发展的政策。图：国内核药产业相关利好政策梳理，来源：中信证券研报由谨慎转向推动，政策春风有望成为核药发展的核心推力，不过核药想要完全落地，依然需要多领域多部门相互协力，整个产业仍有很长的路要走。2核药2.0现阶段，核药赛道正在经历一次由技术更替而引发的产业迭代。早期获批的治疗性核药多为非靶向药物，即利用放射性同位素本身的体内富集特点对患者进行治疗，这会杀伤正常细胞，不良反应较大。进入2.0时代后，具备靶向功能的RDC逐渐成为核药领域的研发新宠。与ADC原理类似，RDC也是将精准靶向分子和强力杀伤因子用连接臂偶联在一起而设计开发的一种药物形态。理想的核素偶联药物应同时具有高肿瘤靶向性、低免疫原性以及适度的体内半衰期等优势。图：RDC结构示意图，来源：招商证券自2016年以来，FDA一共批准了9款RDC药物，涉及6个新分子实体；其中7款为肿瘤诊断产品，2款为肿瘤治疗产品。目前靶点集中于前列腺特异性膜抗原（PSMA）和生长抑素受体（SSTR）上。纵观全球RDC赛道，诺华是当之无愧的领跑者。其早在2017年就以39亿美元的价格收购当时的核药龙头AAA公司，而后又在2018年以21亿美元收购Endocyte公司，并获得两款重磅治疗用放射性药物镥[177Lu]-氧奥曲肽（商品名：Lutathera）和镥[177Lu]-vipivotide traxetan（商品名：Pluvicto）。Lutathera是一款177Lu标记的生长抑素类似物肽，分别于2017年10月和2018年1月在欧洲和美国获批上市。上市首年，Lutathera的销售额就达到了1.67亿美元，次年增长至4.41亿美元，在最新的2023年财报中，Lutathera已实现6.05亿美元的销售额。同时，诺华的另一款明星核药Pluvicto也展现出强劲增长潜力。这款药物于2022年3月获FDA批准上市，用于治疗前列腺癌成人患者。Pluvicto在上市首年就获得2.71亿美元的销售额，2023年销售额更是同比增长261%达到9.8亿美元。重注核药赛道的并非只有诺华一家。2023年以来，各大MNC开始集中入局核药赛道，融资并购交易频发。图：MNC在核药赛道并购一览，来源：锦缎研究院从MNC一连串的重磅布局看，核药RDC正在复制当年ADC赛道的火爆场景。当大量资本入局后，这个赛道极有可能在未来数年中迎来爆发式增长。3谁能乘上核药东风核药研发，需要专业的资质条件、丰富的核医学诊疗经验、伦理委员会保障及科学规范的试验机构管理；而且核药制造商还需要合格的防辐射生产设备和屏蔽设计，取得辐射安全许可证，整个生产过程由专业资格技术人员操作并监督，同时需要符合药品生产质量管理规范。这就导致核药赛道呈现“双高”的特点，即进入壁垒高、行业集中度高。造就了我国传统核药格局中，中国同辐与东诚药业长期“双寡头”垄断的市场格局。中国同辐作为国内核医药行业领军企业，深耕行业30多年，拥有无数光环加身。它是国内显像诊断和治疗用放射性药品、尿素呼气试验药盒和测试仪、体外放射免疫诊断药盒的最大生产商；国内最大、品种最全放射源产品生产商；中国医用钴[60Co]的首个及唯一国内供应商；国内唯一一家提供辐照设备上游生产及下游设计安装的服务商。旗下拥有原子高科、原子科兴、中核高通、宁波君安和中核海得威等子公司，多个产品的市占率均为国内第一，碘[131I]化钠口服溶液、氯化锶[89Sr]注射液市占率超90%；氟[18F]脱氧葡糖注射液超80%；锝[99mTc]标记注射液超70%等。悠久的历史背景，庞大的产能优势，已然形成中国同辐核心竞争优势。从整体业绩看，中国同辐的总营收从2017年的26.72亿元增长至2022年的61.46亿元，同期归母净利润从2.71亿元增长至7.55亿元，不论是总营收还是净利润都呈现大幅增长态势。不同于中国同辐的根正苗红，东诚药业则是通过一系列并购，逐渐构建起从诊断用核药到治疗用核药的全产业链体系。图：东诚药业核药赛道并购一览，来源：锦缎研究院重点产品包括诊断类正电子药物氟[18F]脱氧葡糖注射液、单光子药物锝[99mTc]标记药物和其他药物尿素[14C]胶囊，治疗类药物云克注射液、碘[125I]密封籽源、碘[131I]化钠口服液等。整体业绩上，东诚药业的核药板块营收从2017年的5.9亿元增长至2022年的9.15亿元，呈现稳定增长态势。不过，在RDC药物冲击下，这种核药赛道传统“双寡头”格局正在逐渐被瓦解。2022年2月，远大医药的SIR-Spheres钇[90Y]微球注射液获得国家药监局批准上市，获批的首个适应症为用于经标准治疗失败的不可手术切除的结直肠癌肝转移患者的治疗。这一获批不仅弥补了结直肠癌肝转移局部治疗的空白，标志中国肝脏恶性肿瘤领域迎来了全新国际化精准介入治疗方案。实际上，自2018年开始，远大医药联通过Sirtex、Telix以及德国ITM公司，在抗肿瘤领域逐渐搭建了具有国际化一流水平的核药诊疗平台，目前已拥有10余款全球创新产品，包括钇[90Y]微球注射液及其余9款RDC药物，涵盖68Ga、177Lu、131I、90Y、89Zr、99mTc在内的6种核素，适应症覆盖肝癌、前列腺癌、透明细胞肾细胞癌、胶质母细胞瘤、胃肠胰腺神经内分泌瘤及恶性肿瘤骨转移等。图：远大医药核药研发管线，来源：远大医药财报聚焦RDC机会的并非远大医疗一家，百洋医药也通过与瑞迪奥合作的方式，拿下了多款RDC药物及核药器械的国内权益。进度最快的为放射性药品99mTc-3PRGD2，这是一款以整合素为靶点的RDC药物，也是我国第一个核医学放射诊断1类新药、全球首个用于SPECT显像的广谱肿瘤显像剂。待99mTc-3PRGD2上市后，百洋医药将独家负责这款RDC药物的中国大陆市场推广及销售。与此同时，恒瑞医药也磨刀霍霍，准备在核药领域大展拳脚。截至目前，恒瑞医药布局了4款核药，包括2款诊断用核药与2款治疗用核药；诊断用核药镓[68Ga]伊索曲肽注射液（用于诊断生长抑素受体阳性神经内分泌瘤）与镥[177Lu]氧奥曲肽注射液（用于治疗成人胃胰神经内分泌瘤）已经推进至III期临床。此外，先通医药、智核生物等多家药企均有布局，辐联医药、晶核生物等此前也都完成千万级乃至亿级的融资，核药赛道在资本入局后，正以飞速成长。虽然核药赛道的发展前景一片光明，但我国核药实则依然面临“卡脖子”问题。一直以来，制约我国核药发展的真正瓶颈在于核反应堆的缺乏，国内共有5座反应堆可用于生产医用同位素，仅有绵阳研究堆、高通量工程试验堆有批量生产医用同位素的能力，缺乏可大批量生产的商用堆，绝大部分医用同位素依靠进口。由于反应堆建设周期长、投入大、审批严格，在相当长的一段时间内，我国医用同位素都将依赖进口。这也为我国核药产业的发展增添了几分不确定性。更多优质内容，欢迎关注↓↓↓