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Nature:重磅!首次利用多能性干细胞培育出人胃底组织

来源:生物谷 2017-01-07 11:46


2017年1月7日/生物谷BIOON/---在一项新的研究中,美国辛辛那提儿童医院医学中心多能性干细胞部门主任Jim Wells博士及其团队在培养皿中利用多能性干细胞培育出产生胃酸和消化酶的人胃底(stomach fundus)组织。相关研究结果于2017年1月4日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“Wnt/β-catenin promotes gastric fundus specification in mice and humans”。这项研究是在Wells团队培育出胃部的激素产生区域(即胃窦)两年后开展的。

这一发现意味着科学家们如今能够培养出人胃部的部分区域,从而以前所未有的方式研究疾病,为开发新的疗法构建模型,以及理解人胃部发育和健康。

Wells说,“鉴于我们能够培育人胃窦和胃底微器官,研究这些人胃组织如何在生理学上相互作用,对感染和损伤作出不同的应对,和对药物治疗作出反应。胃部疾病影响美国上百万人,而且胃癌是全世界第三大癌症相关死亡的病因。”

自2010年以来,Wells领导的或联合领导的研究团队获得一系列发现:利用能够变成人体内任何一种细胞类型的人多能性干细胞培育出人胃部和肠道的部分区域。这项新的研究是基于 这些发现开展的。他们正利用这些组织鉴定人胃肠道疾病的病因和治疗方法。

这一系列发现包括2016年11月21日发表在Nature Medicine期刊上的一项研究(Nature Medicine, doi:10.1038/nm.4233),在这项研究中,科学家们培育出带有肠神经系统的人肠道组织。这些高度功能性的组织能够吸收营养物,并且表现出蠕动,即将食物从胃肠道的一端运送到另一端的肠道肌肉收缩。

从头开始

在当前的这项研究中,研究人员遇到的一个重大挑战是对在胚胎发育期间胃部在正常情形下如何形成缺乏基本的了解。

Wells解释道,“在我们首次鉴定出胃部在正常情形下在胚胎中如何形成之前,我们不可能在培养皿中构建出人胃组织。”

为了填补这一空白,研究人员利用小鼠研究了胚胎胃部发育背后的遗传学特征。

研究人员发现一种关键性的信号通路WNT/β-catenin在指导小鼠胚胎中的胃底区域发育时发挥着至关重要的作用。此后,他们在培养皿中对WNT/β-catenin进行操纵来触发人多能性干细胞产生人胃底类器官(fundus organoids)。

研究人员随后对这一过程进行优化,鉴定出促进胃底的关键性细胞类型产生的其他分子信号通路。这些关键性的细胞类型包括主细胞(chief cell)和壁细胞(parietal cell),其中主细胞产生一种关键性的消化酶,即胃蛋白酶,而壁细胞分泌用于消化的胃酸和用于协助肠道吸收维生素B-12的内在因子。维生素B-12在制造血细胞和维持健康的神经系统中发挥着至关重要的作用。

Wells说,在培养皿中让人多能性干细胞产生人胃底组织需要大约6周的时间。(生物谷 Bioon.com)

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Wnt/β-catenin promotes gastric fundus specification in mice and humans

Kyle W. McCracken, Eitaro Aihara, Baptiste Martin, Calyn M. Crawford, Taylor Broda, Julie Treguier, Xinghao Zhang, John M. Shannon, Marshall H. Montrose & James M. Wells

doi:10.1038/nature21021

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