在肝臟內，膽管以管道網絡形式分布，可將肝臟分泌的膽汁輸送到腸道。在膽道疾病中，膽汁運輸障礙會導致肝臟內毒性膽汁淤積、肝臟損傷及永久性瘢痕 （肝硬化），最終只能通過肝移植來治療。實際上，膽道疾病（膽管病）是導致兒童肝移植的首要病因（70%），占成人肝移植病因的三分之一。

雖然此類疾病影響巨大，但我們對于膽道疾病發病機制的了解仍十分有限，一方面由于缺乏有效的實驗模型，另一方面因為膽管細胞（膽管上皮細胞）體外培養非常困難。此外，目前治療方法有限，既缺少特效藥物，也缺乏手術重建或替換病灶膽管所需的正常細胞和組織。我的研究重點就是解決這些難題。

具體而言，我的研究目標是開發一套適合人膽管上皮細胞體外生長的系統；利用這些細胞構建膽管病體外模型；并利用這種體外模型篩選、測試和發現新的膽道疾病治療藥物。我還嘗試利用健康膽管細胞構建生物工程膽管，并在動物模型中證明其能夠用于膽道的手術重建或替換。

培養人膽管上皮細胞

人膽管上皮細胞的培養面臨兩大阻礙，即：不通過手術方式獲取膽管組織，以及膽管上皮細胞原代培養過程中功能會喪失。為了解決組織獲取的問題，我設計了一套從人誘導性多能性干細胞 (hIPSC) 獲取膽管上皮細胞的操作流程，而hIPSC可方便地從患者皮膚樣本中獲得。

為了在體外培養中保留人膽管上皮細胞的功能和特性，我采用三維培養方式將細胞培養成類器官，后者呈現中心有空腔的囊狀或管狀結構 (1, 2)。類器官圍繞管腔逐漸發育形成的結構類似于天然的膽道，這種hIPSC來源的膽管上皮細胞功能更好，生長更快。該方法也首次實現了利用切除的膽管或膽囊大量培養人原代膽管上皮細胞 (3)。

為了證明這種類器官平臺既具有培養優勢，又能保留正常的膽管上皮細胞功能，我將hIPSC來源的膽管上皮細胞或原代培養物與人體內膽管細胞進行了生理和功能比較。實驗結果表明，類器官培養獲得的膽管上皮細胞與體內來源的人膽管細胞類似，是目前為止最為準確的體外膽管上皮細胞平臺。

構建膽道疾病體外模型

我假設，膽道疾病患者的膽管上皮細胞在體外培養時可重現這些疾病的關鍵特征。通過采用Alagille綜合征 （AGS）、多囊性肝病 （PLD） 和囊性纖維化 （CF） 患者的膽管上皮細胞來驗證這一設想。無一例外，上述每種疾病的表型都在實驗中得以重現 （AGS，缺乏管腔；PLD，形成囊腫；CF，類器官管腔氯轉運缺陷），從而為上述疾病提供了首個體外膽道模型 (1)。

藥物篩選

隨后，我利用構建的疾病模型對已知藥物（奧曲肽）和新藥化合物進行篩選，結果顯示，一種最初用于治療肺囊性纖維化的實驗性藥物（VX809），也可用于預防肝囊性纖維化 (1)。這一發現極為重要，因為VX809已經進入2期臨床試驗，有望很快對肝囊性纖維化治療進行檢驗。該結果是體外篩選膽道疾病藥物的首批成功應用。

生物工程膽管的構建和移植

在某些情況下，例如膽管閉鎖，也是兒童肝移植的首要病因，膽道系統的共同出口（膽總管）缺失，唯一的治療方法就是手術。此時，使用生物工程膽管可以作為肝移植外的另一種選擇。

為了實現這一目標，我開發了一種使用正常膽管上皮細胞構建生物工程膽管和膽管組織的方法 (3)。這種生物工程器官保留了人體膽管的構造、結構特性、標志物和功能（堿性磷酸酶和γ-谷酰基轉移酶活性）。

將這種生物工程膽管移植到免疫缺陷小鼠體內，成功替代了原本的膽管。此外，接受人工膽管移植的小鼠肝功能正常，生存期延長。據我所知，這是首次在膽管系統中應用器官工程，也是使用類器官構建生物工程器官的首例報道。

結論

本研究開發的一系列工具在膽道疾病領域具有獨特的轉化應用。我已證實，膽管上皮細胞類器官系統構建了首個體外膽道疾病模型。這些模型可加深我們對于疾病發生機制的了解，并且可進行技術轉移，讓該領域工作的多個研究組獲益。此外，該系統搭建了膽道疾病藥物篩選的首個平臺，并且我已從原理上驗證，該系統在肝移植作為唯一治療手段的膽道疾病領域展現出新藥開發潛力。

最后，通過構建工程膽管，我從原理上驗證了再生醫學可以作為膽道疾病的一種治療方法，并且通過開發出適用于多種器官和組織再生的技術，推動器官再生領域的發展。

參考文獻
1.F. Sampaziotis et al., Nat. Biotech 33, 845 (2015).
2.F. Sampaziotis et al., Nat. Protocols 12, 814 (2017).
3.F. Sampaziotis et al., Nat. Med. 23, 954 (2017).

本文由賽多利斯翻譯，閱讀英文原文請點擊：http://science.sciencemag.org/content/359/6380/1113.2.full

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