肺泡类器官新进展！Stem Cell Rep：合成水凝胶助力无Matrigel培养肺泡类器官

在细胞的世界里，人类诱导多能干细胞（iPSC）衍生的肺泡类器官（alveolar organoids）已经成为科学家们探索肺部健康和疾病的重要工具。这些三维结构的小型“肺”，能够模拟真实的肺泡上皮稳态和疾病过程，是研究生物学问题的强大武器。

然而，传统的肺泡类器官通常需要生长在一种名为Matrigel的人工基底膜中——这是一种从小鼠肉瘤提取的基质，它虽然提供了必要的支持，但对基质特性的控制较差，这就像给细胞提供了一个不太完美的“家”。

近日，一篇发表在国际杂志Stem Cell Reports上题为“Nascent matrix deposition supports alveolar organoid formation from aggregates in synthetic hydrogels”的研究报告中，来自密歇根大学等机构的研究人员发现了一种方法，让肺泡类器官能够在合成水凝胶中“自建家园”，无需依赖Matrigel。

类器官是一种三维体外器官样的结构，概括了体内器官的一些元素，包括细胞多样性、空间组织和功能等。如今，类器官已经成为研究一系列生物学问题的有力工具，帮助科学家理解生理学和病理学状态下的细胞-细胞和细胞-基质之间的相互作用。为了更好地模拟体内环境，研究人员开发了多种合成水凝胶系统用于类器官的培养，其中包括基于水凝胶的微孔系统，这些微孔系统包含了一系列用于单个细胞聚集和生长为类器官的微腔。

在这项研究中，研究人员开发出了一种基于水凝胶的微孔系统，这种系统不仅能支持肺泡类器官的形成和培养，还能促进具有确定形状和尺寸的类器官生成。尽管这种微孔系统有助于形成类器官，但对于深入理解类器官与水凝胶及细胞外基质（ECM, extracellular matrix）之间的相互作用机制来说，其能力还是有限的。

为了解决这些问题，研究人员描述了一种两步培养法，利用微孔的优势来控制AT2细胞和3D水凝胶的聚集，从而更详细地研究类器官-水凝胶和类器官-ECM之间的相互作用。首先，他们证明了微孔聚集的肺泡类器官可以在降冰片烯（norbornene）修饰的透明质酸（HA, hyaluronic acid）水凝胶中成功培养。这种HA水凝胶由降冰片烯修饰的HA骨架组成，通过降冰片烯与二硫醇的硫烯反应进行交联，并且可以通过硫醇部分（如细胞粘附配体RGD）进行修饰。

肺泡祖细胞聚集体的包埋能促进在多种模型的合成透明质酸水凝胶中形成可行的肺泡类器官

使用两步培养法，细胞首先会在基于水凝胶的微孔中预先聚集，然后这些聚集体被包埋到HA水凝胶中。研究人员发现，这种方法不仅能在水凝胶模块、类器官尺寸和密度范围内具有一定的可调节性，还能支持高度活跃的类器官形成，维持其身份和生长。

进一步的研究揭示，聚集体在微孔和包埋水凝胶后能够分泌自身的基质，包括基底膜蛋白粘连蛋白和胶原蛋白IV，从而支持没有Matrigel的情况下类器官的形成，同时强调了合成水凝胶在外源性和新生ECM解耦合作用中的重要性。

细胞在体内和体外都能重塑它们所处的环境，多种细胞类型已经被证明能够在合成性水凝胶中沉积ECM。最近的研究表明，新生ECM可以指导合成性水凝胶中的细胞机械传感作用，因此，新生ECM的分泌可能解释了为什么水凝胶的硬度对类器官形成的影响较小。尽管上皮细胞能分泌ECM，但新生ECM在类器官形成过程中的概念直到最近才被深入探索。研究人员发现，预先聚集对于支持合成性水凝胶中类器官生长的新生ECM层的分泌至关重要。

综上所述，这项研究表明，研究人员所描述的合成性水凝胶能够分离外源性和新生的ECM，揭示了ECM在类器官形成过程中的重要作用。通过这种方法，科学家们不仅可以更精确地控制类器官的生长条件，还能更好地理解细胞与其周围环境之间的复杂关系，为未来的医学研究和治疗开辟了新的途径。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Madeline K Eiken, Charlie J Childs, Lindy K Brastrom, et al. Nascent matrix deposition supports alveolar organoid formation from aggregates in synthetic hydrogels, Stem Cell Reports. 2024 Dec 12:102376. doi: 10.1016/j.stemcr.2024.11.006