【Cell子刊】科学家们如何培育出了迄今为止最复杂的胃类器官？有望为其它类器官开辟新的道路

类器官(Organoid)是科学家们应用体外三维培养技术建立的结构和功能上类似于机体器官的小型组织，其具有组织自我更新及可长期培养的特点，在一定程度上能模拟体内器官生理活动和病理变化，能够成为精准医疗、器官移植等研究领域的理想体外载体。

在再生医学迈出的重要一步中，辛辛那提儿童医院的科学家报告说，他们成功地开发了一种非常复杂的胃类器官，它具有独特的腺体和神经细胞，可以控制平滑肌收缩。

这一成果表明，复杂器官的不同层和部分可以从不同的人类多能干细胞(PSCs)中生长出来，并结合起来继续发展。用于生产这些多层胃类器官的方法也可以用于制造其他实验室培养的更复杂的器官。

通讯作者James Wells博士说：“组织工程的这一进步非常重要，因为我们现在可以从单独衍生的组件组装复杂的器官组织，类似于流水线方法。”

该研究结果发表在《 Cell Stem Cell 》杂志上，作者是Wells和首席作者Alexandra Eicher博士。研究人员发表了一篇题为“Functional human gastrointestinal organoids can be engineered from three primary germ layers derived separately from pluripotent stem cells”的文章：

逐层组装

到目前为止，制造的大多数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，这些微小器官发挥真正的功能，为研究疾病和开发治疗方法提供新的机会。但他们通常缺少生产完整功能器官所需的各种细胞类型。有些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。

这种新的胃类器官还没有它所需的每种细胞类型，但它代表了一个飞跃。

Eicher说：“我们从三个主要胚层的细胞开始——肠神经胶质细胞，间充质细胞和上皮前体细胞——均分别来自PSC。从这些细胞中，我们产生了胃组织，其中包含产酸腺体，周围是平滑肌层，其中包含控制工程胃窦组织收缩的功能性肠神经元。”

制作三层胃类器官

重要的是，这些迷你人类胃的发展不仅限于实验室培养皿中的薄层培养基。一旦类器官达到关键阶段（约30天），团队进行显微外科手术，将类器官移植到小鼠体内，从而提供血流和生物空间以允许更多的生长。

与在培养皿中看起来像圆点的球状细胞不同，这些类器官在小鼠体内体积增长了一千倍，形成肉眼清晰可见的小器官。

当在共聚焦显微镜下观察时，不同的细胞类型被染成不同的颜色发光，这些类器官辐射出复杂的彩虹。

事实上，实验室培养的组织与处于相似发展阶段的自然生长的人体组织非常相似。这种新的器官甚至开始发育布路纳氏腺，它分泌碱性粘液，当它们开始流过时保护十二指肠（肠的顶部）免受胃内容物的酸性。

该团队还发现，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（成分）。每个组件都有助于指导其他组件的正确形成。例如，作者发现，如果他们在组装过程中没有添加神经，胃腺和肌肉就不能正常形成。

短期和长期潜力

除了展示用于开发胃类器官的三层方法之外，该团队还应用类似的方法来制造更复杂的食道类器官。

至少，这些更复杂的类器官将作为研究遗传变异和其他导致胃病的细胞信号功能障碍的有用工具，并且可以作为评估潜在治疗的改进平台。但这些发现可能会产生更广泛的影响。

Wells说：“鉴于这项技术可广泛应用于其他器官，工程组织可能成为重建因先天性疾病或急性损伤损害的上消化道元件的一种材料来源。”

虽然开发适合移植的类器官组织还有很多工作要做，但也取得了很多进展。

Wells说：“这个团队的成员，最近获得了辛辛那提儿童医院的资助，现在正在努力扩大生产治疗质量高的类器官组织，目标是在十年结束前移植到患者体内。”

自2010年以来，辛辛那提儿童医院在类器官研究中发挥了主导作用，当时Wells及其同事在《Nature》上发表了他们在开发功能性肠组织方面的首次成功的报告。2019年，该医疗中心启动了干细胞和类器官医学中心（CuSTOM），进一步加快了这项工作。

多年来，不断壮大的团队已经：“增加神经到肠道类器官组织”；“演示了如何大规模生产肝脏“芽””；“产生特定疾病状态的肝类器官”；“培育胃的两个主要部分”；“发展功能性食管组织”；“培育了一个三类器官系统（肝脏、胰腺、胆管）”等。

下一步

辛辛那提儿童医院的Helmrath实验室已经开始努力将这一研究范围扩展到小鼠之外。虽然这种方法将在实验室层面增加重要的见解，但研究团队认为使用动物作为宿主继续培育人体器官，并不是将器官组织移植到人类患者体内的最终方法。

Eicher说：“为临床目的种植全尺寸器官需要GMP（美国食品和药物管理局制定的一套良好生产规范，以确保一致性和安全性），这可能会排除使用动物宿主继续培育的可能性。所以我们需要一种方法来在没有宿主的情况下培养更大的类器官。这需要一种模拟体外活性营养和气体交换的方法。”（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://medicalxpress.com/news/2021-12-approach-complex-stomach-organoids-date.html

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。