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Nature:新一代的类器官或能像机体真正的组织那样生长及发挥功能!

来源:本站原创 2020-10-11 10:49

2020年10月11日 讯 /生物谷BIOON/ --如今,类器官正在迅速成为现代生命科学研究的前沿工具,研究人员想通过利用干细胞来制造微型组织和器官,并使其能够精确地模仿真实组织和器官的行为。从基础生物学研究到药物开发和测试,类器官都能够通过提供健康或疾病的人类组织来补充动物学实验,并加速从实验室研究到临床试验的漫长旅程;除此之外,研究人员还有可能通过提取来自患者机体自身的干细胞,并培育其成为新的肝脏、心脏、肾脏或肺脏等组织,从而利用类器官技术来取代患者自身受损的组织甚至器官等。

图片来源:M. Nikolaev, Lutolf Lab (EPFL)

然而,截止到目前为止,已经存在的制造类器官的方法都存在相当大的缺陷,干细胞能不受控制地发育成为寿命较短的圆形和封闭的组织,以及非生理状态下的尺寸和形状,所有这些因素都导致了类器官与真实器官在解剖学和生理学上的整体不一致性。近日,一项刊登在国际杂志Nature上的研究报告中,来自洛桑联邦理工学院等机构的科学家们通过研究开发了一种新方法,其能引导干细胞形成肠道类器官,其在外观和功能上与真实的组织几乎一模一样,研究者表示,这种新方法能利用干细胞沿着模拟原生组织表面的管状支架生长和组织的能力,并能将其植入一种微流体芯片中。

文章中,研究者利用激光在水凝胶中雕刻出了肠道形状样的支架,一旦植入了肠道样的支架,干细胞就能在数小时内在支架上扩散生长,并形成具有典型隐窝结构和绒毛样结构域的连续细胞层,然而让研究人员惊讶的是,他们发现,这些干细胞能够自动排列形成一种功能新的微小肠道组织。研究者Lutolf说道,水凝胶支架的几何形状和隐窝状空腔似乎会直接影响干细胞的行为,从而使其能够维持在空腔内,并在外部能够被易于区分,就好像在原生组织中的那样。这些干细胞不仅会适应支架的形状,其还会产生在真正肠道中所发现的关键分化的细胞类型,以及一些通常在类器官中并不存在的罕见和特殊的细胞类型。

肠道组织是机体中细胞周转率最高的组织,其会产生大量脱落的死亡细胞并积聚在经典类器官的管腔中,这些细胞呈现为封闭球形生长,其需要每周分解成小碎片才能够在培养液中维持,而这种新型微粒体系统的引入则能够帮助研究者有效地向微型肠道中输注并建立一种长期稳定的类器官系统,在该系统中细胞的产生和死亡处于动态平衡的过程中。

这些微型肠道组织与体内真正的肠道组织存在很多共同的功能特征,比如,其能在发生大量损伤后进行组织再生,而且还能用来以一种在实验室中培养的其它组织模型都没有的方式来模拟宿主-微生物之间的相互作用和炎性过程;此外,这种新方法还能广泛用于从诸如肺脏等其它器官中衍生的干细胞和来源于人类患者机体活组织样本的干细胞形成的微型组织的生长。本文研究结果表明,组织功能或能用于控制类器官的发展并能帮助研究者建立新一代具有高度生理相关性的器官,从而为后期科学家们在疾病建模、药物发现、诊断再生医学研究领域提供新的机会。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Nikolaev, M., Mitrofanova, O., Broguiere, N. et al. Homeostatic mini-intestines through scaffold-guided organoid morphogenesis. Nature 585, 574–578 (2020). doi:10.1038/s41586-020-2724-8

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