《Gastro Hep Advances》：Advancing Esophageal Disease Modeling: Microfluidic Platforms for Adult Tissue-Resident Stem Cell Culture and Differentiation
编辑推荐：
Barrett食管类器官模型通过器官芯片微流控技术优化干细胞培养，显著提升三维结构形成和细胞分化效率，发现其免疫调控机制及异型增生相关分子特征。
Sara Hosseini-Farahabadi | Omar Abuhussein | Corina Stewart | Guang Gao | Tenanye Haglund | David Schaeffer | Fergal Donnella | Frank McKeon | Wa Xian | Dermot Kelleher | Shane Duggan
加拿大不列颠哥伦比亚大学医学院消化内科
摘要
背景与目的
传统的巴雷特食管（Barrett’s Esophagus, BE）类器官模型缺乏可接触的管腔表面、足够的组织深度以及易于操作的干细胞和免疫细胞成分。本研究旨在利用先进的器官芯片（Organ-on-a-Chip, OOAC）微流控技术，将成体组织中的干细胞（Adult Stem Cells, ASCs）植入其中，从而为研究巴雷特食管及其相关异型增生（Hodgkin-Gillard Dysplasia, HGD）的免疫生物学特性提供一个平台。
方法
通过类似于基础状态干细胞培养和条件重编程的方法，从巴雷特食管、HGD以及胃食管交界处（Gastro-Esophageal Junction, GEJ）获取干细胞。这些干细胞在Transwell培养皿和柔性器官芯片上进行分化，并通过免疫组化和单细胞RNA测序（single-cell RNA sequencing, scRNAseq）技术对细胞进行检测。实验中使用了单核细胞系THP1进行迁移实验。
结果
单层干细胞表现出群体形成、自我更新能力以及气液界面介导的分化现象，形成了三维结构，产生了黏液，并分化出与来源组织相对应的细胞类型，包括绒毛细胞、杯状细胞和类肠细胞。巴雷特食管组织中肠道标志物TFF3的表达水平较高，而HGD组织中该标志物显著降低，在GEJ组织中则完全缺失。胃部标志物GKN1仅表达在HGD和GEJ分化而来的干细胞中。相比之下，器官芯片培养的细胞在绒毛结构、细胞高度以及存活时间（<19天）方面明显优于Transwell培养的细胞。单细胞RNA测序结果显示，两种培养系统均存在干细胞、过渡期扩增干细胞、早期和晚期肠细胞、杯状细胞、肠内分泌细胞以及CXCL8阳性免疫调节细胞。然而，在巴雷特食管器官芯片培养系统中，增殖细胞、末端类肠细胞、杯状细胞和肠内分泌细胞的数量显著增加。在流动条件下对THP1细胞进行追踪发现，只有在器官芯片组织存在的情况下，这些细胞才能穿过内皮层。
结论
研究结果表明，器官芯片培养技术能够提供更符合生理环境的条件，促进更深入的细胞分化，并提高干细胞的操作可行性。相比传统的类器官聚集体，使用器官芯片培养干细胞可以获得更好的实验结果。
