《Cell Stem Cell》做一颗心，已经在体外存活超过1年

格莱斯顿研究所的科学家们已经发现了如何培育一种新型的类器官细胞——一种三维的、类似器官的细胞群——它模仿了内脏和心脏组织如何从干细胞中协同生长。

　　

   

   

格莱斯顿的科学家们发现了如何设计一种新的器官类物质——一种三维的、类似器官的细胞群——内脏和心脏组织在其中一起生长。图中显示的是该研究的第一作者Ana Silva，她是McDevitt实验室的博士后学者。

在人类新生命的最初阶段，看似相同的细胞开始分裂成不同的类型，最终长成各种组织和器官。在这个过程中，相邻的组织交换化学信号，促进彼此的不同发展步骤。但这种串音是复杂的、动态的，因此很难研究。

现在，格莱斯顿研究所的科学家们已经发现了如何培育一种新的类器官细胞——一种三维的、类似器官的细胞群——它模仿了内脏和心脏组织如何从干细胞中协同生长。

这种首个同类器官可以作为实验室研究组织间信号传导的新工具，而组织间信号传导对人类健康发展至关重要。

Gladstone高级研究员Todd McDevitt博士是发表在《Cell Stem Cell》杂志上的一项新研究的资深作者，他说:“我们的研究突出了类器官技术有前途的新维度，这些技术可以提高我们对器官和组织如何相互合作和指导发展的理解。”

一个偶然发现的新器官

McDevitt的实验室一直在致力于开发培育类器官的新方法。类器官是一种微型多细胞结构，可以在培养皿中复制心脏、大脑、肺和其他器官的特征和功能。

他的团队从人类诱导多能干细胞中创造出心脏类器官。他们通过在各种营养素和其他天然物质的混合物中培养这些细胞，诱导它们成为心脏细胞。传统的鸡尾酒产生的主要是心肌细胞，科学家们尝试了一种不同的鸡尾酒，可能会形成更多种类的心脏细胞。

他们最初并没有打算创造一种新的器官。然而，令他们惊讶的是，他们发现，在许多情况下，新的鸡尾酒导致的类器官不仅包含心脏细胞，还包含肠道细胞。

McDevitt实验室的博士后学者、这项新研究的第一作者Ana Silva博士说:“我们很感兴趣，因为类器官通常会发育成单一类型的组织——例如，只发育成心脏组织。在这里，我们让心脏和肠道组织以可控的方式一起生长，就像在正常胚胎中一样。”

这些类器官为研究正在发育的组织之间的相互干扰提供了一种很有前途的新方法，迄今为止，这种方法主要依赖于分别生长单个组织类器官，然后尝试将它们组合起来。

描绘新器官的全貌

研究人员发现，与传统的心脏类器官相比，新的类器官产生了更复杂和成熟的心脏结构，包括一些类似更成熟的血管。新的类器官中心脏细胞的类型和比例，以及它们的电特性，都与真正的胎儿心脏高度相似。相比之下，不含肠道组织的传统类器官中的细胞仍停留在转化为心脏细胞的早期阶段。

McDevitt同时也是加州大学旧金山分校的生物工程和治疗科学教授，他说:“一旦清楚肠道组织的存在有助于心脏组织的成熟，我们就意识到我们已经取得了一些新的和特殊的东西。”

科学家们还表明，新的类器官中的肠道组织发育成各种可识别的结构和细胞类型，尤其是小肠。此外，新的类器官中的肠道和心脏细胞释放出已知的化学物质，参与心脏发育过程中两个组织之间的信号传递。

Silva说:“这是一个美丽的、动态的心脏发展模型。我们的发现为在更现实的环境中开展这项研究提供了一种方法，即肠道和心脏组织从相同的起始材料一起发育。”

稳健的研究系统

研究人员已经能够让新的类器官在培养皿中存活超过1年，这对任何在实验室中生长的东西来说都是很长的一段时间，尤其是一个大的3D细胞集合。这种持久性表明，类似的类器官可以生长，作为长期实验室研究的稳健系统。虽然类器官可能不能完美地捕捉真正的心脏和肠道发育的每个部分，但它们可以帮助加深对这一合作过程的理解。

除了为健康的人类发展提供新的线索，类器官还可以帮助阐明这一过程是如何出错的。例如，它们可能被证明对研究先天性疾病有价值，这些疾病已知会影响心脏和肠道发育，如慢性心房和肠道心律失常。

还需要进一步的研究来完善可靠地培养这些类器官的方法，这样才能充分发挥它们的潜力。在未来，研究人员理论上可以开发其他类似的器官，包括不同的组织对，如心脏和肺，或肺和肾。

McDevitt说:“发育中的组织之间的交流可能还没有得到应有的广泛重视。我们现在有可能以一种我们以前从未设想过的方式探索这一基本过程。”

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