《Nature》更好的类器官

　　

类器官正迅速成为现代生命科学最前沿的工具之一，即利用干细胞来构建微型组织和器官，精确地模仿和表现出它们真正的对应物。

类器官在研究和医学方面的价值：从基础生物学研究到药物开发和试验，类器官用健康或患病的人体组织弥补动物试验，加快从实验室到临床试验的漫长旅程。除此之外，类器官技术可能在未来被用于替换受损组织甚至器官：从病人身上提取干细胞，并将其培养成新的肝、心、肾或肺。

到目前为止，已有的制造类器官的方法都有相当大的缺陷：干细胞不受控制地发展成寿命短的圆形和封闭的组织，以及非生理性的大小和形状，所有这些都导致整体解剖学和/或生理学上与真实器官不一致。

现在，来自EPFL生物工程研究所Matthias Lütolf领导的小组的科学家们已经找到了一种方法，可以“引导”干细胞形成一种看起来和功能都和真实组织一样的肠道器官。该方法发表在《Nature》杂志上，该方法利用了干细胞在模拟自然组织表面的管状支架上生长和自我组织的能力，该支架被放置在微流控芯片中，这种小通道芯片可以精确地控制少量培养液体。

EPFL的研究人员用激光在由肠道细胞外基质交联蛋白混合物组成的水凝胶中雕刻出肠道形状的支架，除了作为干细胞生长的基质，水凝胶还能为最终形成的肠道组织塑形。

一旦植入肠样支架中，在数小时内，干细胞就会扩散到支架上，形成一层连续的细胞层，具有特征性的隐窝结构和绒毛状结构域。随后，科学家们发现，干细胞 “知道”如何安排自己，以形成一个功能性的小肠道。

“它看起来像水凝胶支架的几何结构，有它的隐窝状空腔，并在外部区域分化，就像在原生组织中一样，”Lütolf说。”干细胞不仅适应了支架的形状，而且产生了在真正的肠道中发现的所有关键分化细胞类型，其中一些罕见的和特殊的细胞类型通常在类器官中找不到。”

肠组织是人体内细胞更新率最高的组织，导致大量脱落的死细胞聚集在经典类器官的管腔中，这些细胞以封闭的球体形式生长，需要每周对其进行分解才能在培养中保存。“微流控系统的引入使我们能够有效地灌注这些微小的内脏，并建立一个长期的稳态类器官系统，在这个系统中细胞的出生和死亡是平衡的，”论文的第一作者Mike Nikolaev说。

研究人员证明，这些微型肠与体内同类具有许多功能特征。例如，它们可以在大面积的组织损伤后再生，它们可以用来模拟炎症过程或宿主微生物的相互作用，这种方式以前在实验室里培育的任何其他组织模型都是不可能的。

此外，这种方法广泛适用于从肺、肝或胰腺等其他器官获得的干细胞以及从人类病人的活检中获得的微型组织的生长。“我们的研究表明，组织工程可用于控制类器官的发育，并构建具有高度生理相关性的下一代类器官，为疾病建模、药物发现、诊断和再生医学开辟了令人兴奋的前景，”Lütolf说。

原文检索：Homeostatic mini-intestines through scaffold-guided organoid morphogenesis. Nature 16 September 2020. DOI: 10.1038/s41586-020-2724-8

（生物通：伍松）