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多篇文章解析类器官研究新成果!

来源:本站原创 2019-06-23 17:27

类器官是一类三维的微器官,其与来源组织和器官高度相似,能够在实验室中培养完成,如今研究人员能够利用类器官来理解机体的发育,同时还能帮助治疗多种人类疾病。本文中,小编整理了近年来科学家们在类器官领域的重要研究成果,与大家一起学习!

【1】Nature:研究创造新型人脑“类器官”

doi:10.1038/s41586-019-1289-x

近日,来自哈佛大学等机构的科学家们在开发人脑"类器官"方面取得了重大进展。"类器官"是一种微型三维组织培养物,可以在培养皿中模拟病人自己的脑细胞。他们发表在《Nature》杂志上的新方法,与人类大脑皮层的发育过程一样,以相同的顺序,持续地生长着同样类型的细胞。这一进展可能会改变研究人员研究神经精神疾病和测试药物有效性的方式。

人类神经系统疾病背后的遗传学是复杂的,大跨度的基因组参与了疾病的发生和发展。研究其他动物的神经疾病给相关发现提供了的机会很有限,因为人类的大脑非常独特。类器官为直接研究人类疾病提供了很大的希望。但到目前为止,他们在一个非常重要的方面失败了。

【2】Science:探究类器官癌症模型在癌症研究中的作用

doi:10.1126/science.aaw6985

在一篇新的综述类型文章中,作为干细胞和类器官领域的专家,荷兰胡布勒支研究所的Hans Clevers和美国冷泉港实验室的David Tuveson总结了类器官(organoids,也称为微型器官,即mini-organs)在癌症研究中的使用,并对未来前景进行了展望,相关结果发表在2019年6月6日的Science期刊上。

类器官是由干细胞在体外培养时形成的微观自我组装的三维结构。它们概括了它们的体内对应器官的许多结构和功能方面。这种多用途的技术已导致许多新的人类癌症模型的开发。如今人们有可能利用来自患有多种癌症的个体的肿瘤组织作为起点,构建出无限扩展的类器官。另外,基于CRISPR的基因修饰允许依据癌基因变化的任何组合来设计癌症的类器官模型。

【3】BMC Devel Biol:科学家有望开发出更为复杂的迷你大脑类器官

doi:10.1186/s12861-019-0183-y

近日,一项刊登在国际杂志BMC Developmental Biology上的研究报告中,来自里约热内卢联邦大学等机构的科学家们通过研究了一系列步骤,从而制造出了能展示大脑区域结构的类器官,包括视网膜色素细胞等。人类大脑类器官是由来自细胞重编程所获得的神经细胞所聚集而成,这项研究中,研究人员将来自志愿者机体皮肤或尿液中提取的细胞转化成为干细胞、神经元以及其它类型的神经细胞,这些细胞会被培养数周,直至其开始形成能与胚胎大脑相似的附聚物。

在过去很多年里,科学家们都尝试完美模型以便能够开发出更为复杂且能与类似于发育后期阶段的类器官,2016年,研究人员通过研究研究培育除了人类大脑的类器官,并以其为基础来研究神经性疾病及新型药物对机体神经系统的影响效应。研究者将神经细胞置于一种富含营养的液体中(类似于人类胚胎中的发育环境),随后这些迷你大脑组织就开始以一种自我调节的过程来发育,换句话说,研究者必须保证其有更为合适的环境来发育。

【4】Cell Stem Cell:研究人员开发出大脑类器官用于研究认知障碍

doi:10.1016/j.stem.2018.12.015

来自耶鲁大学的研究人员近日在实验室培养皿中模拟了两种大脑结构以及它们之间的相互作用,为揭示神经精神疾病的起因带来了曙光。耶鲁大学遗传学副教授In-Hyun Park及其团队创造了大脑中丘脑的类器官,丘脑是整合感觉信息并将之传递给大脑不同部位的重要集成器。研究人员通过干细胞创造了类器官以模拟大脑的不同区域并评估它们的功能。研究人员对丘脑感兴趣是因为有几种精神疾病和丘脑有关系。

研究人员随后将这种丘脑类器官与大脑另一个部位——额皮质的类器官融合在一起,额皮质具有更高级的认知功能。“现在我们正在尝试使用这种类丘脑去研究癫痫、自闭症、精神分裂症甚至是抑郁症。许多患这些疾病的人的额皮质和丘脑之间的联系存在缺陷,同时丘脑的微观结构也发生了改变。”

【5】Stem Cells Dev:大脑类器官的新型培育方法

doi:10.1089/scd.2018.0112

近日,一项刊登在国际杂志Stem Cells and Development上的研究报告中,来自加州大学圣地亚哥分校医学院的研究人员描述了一种快速,经济有效的从原代细胞中制造人皮层类器官的方法。

发展人脑功能的实验研究是有限的,这是由于活胚胎受试者的研究受到伦理问题和大脑本身脆弱性的限制,动物模型仅部分模仿或概括人类生物学和认知功能,单细胞研究不能捕捉神经网络的复杂性。近年来,体外人类器官的发展 - 由重编程干细胞产生的器官的三维,小型化,简化版本 - 使科学家能够更现实和更详细地研究生物功能,疾病和治疗。

【6】Nat Methods:科学家们构建出新型大脑“类器官”

doi:10.1038/s41592-018-0081-4

最近,来自凯斯西储大学等研究机构的研究者们开发出了一种新型的3D迷你大脑“类器官”。通过给细胞提供合适的环境,能够帮助它们进行类似于大脑中的相互联系。大脑类器官能够帮助研究者们观察大脑的发育,研究疾病以及测试新型药物等等。这项新技术发表在最近一期的《Nature Methods》杂志上。该技术首次开发出了能够进行髓鞘形成的大脑类器官,从而能够更逼真地反应大脑的结构与功能。

大脑类器官对于理解不同类型的脑细胞以及组织结构具有革命性的意义,但此前的类器官都缺少关键的成分,即少突胶质细胞。少突胶质细胞能够产生髓鞘。这种基质能够包裹神经纤维并且帮助神经元发送信号。当髓鞘受损伤之后,细胞便难以有效相互交流,从而能导致麻木、反应性丧失等症状的产生。

【7】Cell:构建出膀胱癌患者特异性的类器官,有助指导治疗

doi:10.1016/j.cell.2018.03.017

膀胱癌是美国第五大常见的癌症,但它是人们最不了解的疾病之一,这因为很少有动物模型能够反映这种疾病的生物学特征。在精准医学时代,对单个患者肿瘤的分子分析(molecular profiling)被用于鉴定这个患者体内的癌症驱动基因突变。这种知识可能有助医生选择最好的药物来抵抗癌症,但是这种分析并不总是能够预测患者对特定疗法作出的反应。

类器官(organoid)的最大优势在于它们本质上是患者肿瘤的化身。它们能够长到直径大约1mm,在外形上类似于患者肿瘤,而且具有很多相同的分子和遗传特征。重要的是,随着时间的推移,它们会产生遗传变化,这一现象被称作克隆进化(clonal evolution)。克隆进化是肿瘤进展和耐药性的一个主要的促进因素。

在一项新的研究中,来自美国哥伦比亚大学和纪念斯隆凯特琳癌症中心的研究人员利用来自22名浸润性膀胱癌患者的肿瘤细胞构建出22种患者特异性的肿瘤类器官。此外,他们还能够利用来自3名患者在接受治疗之前和之后的肿瘤细胞构建出患者特异性的肿瘤类器官,相关研究结果发表在Cell期刊上。

【8】Biomaterials:科学家成功开发出重建肝癌的类器官 有望进行快速准确的癌症药物筛选

doi:10.1016/j.biomaterials.2017.12.026

近日,一项刊登在国际杂志Biomaterials上的研究报告中,来自新加坡A*STAR研究所的科学家们就通过研究设计出了一种新方法来生长PDX肝癌细胞用于药物筛选和检测;这种方法主要包括在由植物性多孔水凝胶制造的合成型3-D支架上生长细胞,随后研究人员利用优化的生化和机械特性对海绵支架进行工程化设计,来帮助肝癌细胞维持合适的形状和功能,并使其生长地像类器官一样。

当类器官生长一周至三周时,研究者就发现,类器官中的肝癌细胞能够存活并且繁殖,肝癌细胞通常会包含正常肝脏细胞所没有的特殊遗传改变,随后研究者对来自14名肝癌患者中移取的PDX中的类器官进行工程化操作,大部分的类器官都能保持PDX源头细胞中相同的遗传改变,同时还能维持内部的肿瘤异质性,这就能够有效区分相同肿瘤组织中的肝癌细胞群,同时也会影响其对疗法的反应,这一特征的存在就是药物筛选的另一个优势,即类器官拥有超越传统细胞培养的优势。

【9】Nature:利用一种新的水凝胶在体外培养类器官

doi:10.1038/nature20168

在一项新的研究中,来自瑞士洛桑联邦理工学院(EPFL)的研究人员开发出一种培养微型化身体器官的水凝胶,所培养出的微型化身体器官能够用于临床诊断和药物开发之中。类器官(organoid)是能够在实验室中利用人的干细胞培养出的微型器官。它们能够被用来构建疾病模型,而且在未来可能被用来测试药物或者甚至替换病人体内受损的组织。但是当前的类器官在一种标准化的可控方法中非常难以培养,其中这种方法是设计和使用它们的关键。如今,EPFL研究人员通过开发出一种正在申请专利的“水凝胶”而解决了这个问题,其中这种水凝胶提供一种完全可控的和可调整的方法来培养类器官。

培养类器官是利用干细胞---它们能够分化为人体中任何一种细胞类型的未成熟细胞,而且在组织功能和再生中发挥着关键作用---开展的。为了培养一种类器官,这些干细胞在三维水凝胶---含有促进干细胞更新和分化的生物分子混合物---内部进行培养。

【10】Cell Stem Cell:操纵PTEN基因培养出具有表面褶皱的大脑类器官

doi:10.1016/j.stem.2016.11.017

人类大脑如此独特的一个方面在于大脑皮层的尺寸和结构。但是,是什么促进人类大脑皮层---可能是我们具有独特的智力能力的基础---生长?在一项新的研究中,来自美国怀特海德研究所的研究人员对一种似乎调节着人类大脑皮层生长、结构和组装的特定基因通路获得新的认识。他们也证实三维人类大脑类器官---微型的实验室培养的特定大脑结构版本---能够有效地为人大脑发育的分子过程、细胞过程和结构过程构建模型。他们给出一种鉴定受到寨卡病毒影响的细胞的新途径,相关研究结果刊登在了Cell Stem Cell杂志上。

研究者表示,我们发现增加的神经祖细胞(neural progenitor cell, NPC)增殖促进人大脑类器官中的皮层组织扩大和皮层褶皱。再者,我们确定剔除PTEN基因允许NPC细胞中生长因子信号增加,从而释放它的生长潜力和促进增殖。(生物谷Bioon.com)

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