Cell子刊:迄今最复杂的胃类器官诞生

Cell子刊:迄今最复杂的胃类器官诞生

撰文 | 王聪

编辑 | 王多鱼
排版 | 水成文

2009年,荷兰 Hubrecht 研究所的 Hans Clevers 等人使用来自小鼠肠道的成体干细胞培育出首个肠道类器官,开创了类器官研究的时代。他本人也因此获得2013年的科学突破奖(Breakthrough Prize),Hans Clevers 成立了类器官技术孵化公司 Hubrecht Organoid Technology ,并成功孵化了多家类器官研究公司。2019年,Hans Clevers 作为联合创始人创立了类器官研究公司 Xilis ,该公司今年获得了7000万美元融资并受到广泛关注。


自2009年以来,类器官领域研究成果不断,许多新型类器官和更复杂的类器官不断涌现,为新药研发、精准治疗、再生医学等领域带来了更强大的工具。


2021年12月1日,美国辛辛那提儿童医学医学中心的研究人员在 Cell Stem Cell 期刊发表了题为:Functional human gastrointestinal organoids can be engineered from three primary germ layers derived separately from pluripotent stem cells 的研究论文。


该研究开发出了迄今最复杂的胃类器官,它具有独特的腺体和神经细胞,可以控制平滑肌收缩。研究团队表示,这是再生医学向前迈出的重要一步。


这项研究也表明,能够从人类多能干细胞培养出复杂类器官,这一方法也可用于构建其他类型类器官的复杂版本。


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迄今为止,大多数被开发的类器官可以形成涉及多种细胞类型的3D结构。在实验室培养皿中,这些微小的类器官发挥着功能,为研究疾病和开发治疗方法提供了新的机会。但它们通常缺少产生全尺寸功能器官所需的多种细胞类型,例如可能没有将器官连接到身体其他系统所需的关键神经纤维、内部血管或其他关键导管和腺体。


而该研究开发了一种类器官组装方法,从来自人类多能干细胞(HPSC)的三个主要胚层——肠神经胶质细胞、间充质细胞和上皮前体细胞开始。从这三种细胞类型中,产生了包含产酸腺体的胃组织,周围是平滑肌层,其中包含功能性肠神经元,这些神经元控制工程化胃窦组织的收缩。

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使用该实验系统,研究团队表明人类肠神经嵴细胞(ENCCs)促进胃窦类器官的间充质发育和腺体形态发生。此外,ENCC 可以直接作用于前肠以促进后肠的命运,从而产生具有Brunner腺体表型的类器官。因此,与多能干细胞分离的胚层成分可用于组织工程以生成复杂的人体类器官。

虽然这项新研究中的这种复杂胃类器官也还没有包含所有的胃细胞类型,但它仍代表了一个飞跃。

更重要的是,这些微型人胃类器官并非仅限于培养皿中的薄薄一层,在培养大约30天时,研究团队将其通过显微手术移植到小鼠体内,为期提供了血液和生物空间,以允许其继续生长。

这些胃类器官在小鼠体内体积增大了一千倍,形成肉眼可见的微型器官,而不是像培养皿中的很小的细胞球体。当在共聚焦显微镜下观察时,不同细胞类型被染色并发出不同颜色的光,这些类器官散发出彩虹般的复杂性。

事实上,这些类器官与处于相似发育阶段的自然生长的人体组织非常相似。这些类器官甚至开始发育布伦纳氏腺,它会分泌一种碱性粘液,保护十二指肠在胃内容物流过时免受胃酸影响。

研究团队还发现,为了生成具有适当复杂性和功能的胃组织,需要所有这些单独的组件,每个组件都有助于指导其他组件的正确形成。例如,如果在组装过程中不添加神经,那么胃腺和肌肉就无法正常形成。

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研究团队已经开始致力于将这一研究扩展到小鼠之外,研究团队认为,使用动物作为宿主来继续培养来源于人类细胞的类器官,将是将类器官组织移植到人类患者体内的最终方法。

但是临床使用这种类器官移植,需要符合GMP标准,这可能限制了动物作为宿主长期生产类器官的可能性。因此,研究团队正在开发在无需宿主动物的情况下让类器官持续生长的方法。

研究团队表示,虽然离开发出适合给人类移植的类器官组织还有距离,但如今也已取得了很大进展,研究团队的目标是2030年前向患者移植类器官组织

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生物世界根据公开信息整理,未列入类器官相关培养基等试剂类公司

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