实验室里生长的人类食道类器官

2018.09.25
实验室里生长的人类食道类器官
图为显微镜下的在实验室培育的2个月大的人类食道类器官。
摄影:CINCINNATI CHILDREN'S
 
撰文:EMILY MULLIN
 
  最近,辛辛那提的科学家在实验室培育出了迷你版的食道,也就是负责将食物输送到胃部的一种人体器官??蒲Ъ彝耆褂萌颂甯上赴迪至苏庖淮淳?,属于人类首次。
 
  这些在实验室中培育出的组织被称为类器官,形似真正的人类食道,研究者在发表于近日的《细胞·干细胞》杂志中报告道。之前,科学家曾成功培育出各种类器官——胃、肾、大脑,甚至是使用成年病人组织作原始材料培育的食道。
 
  这些微小的类器官可帮助科学家研究器官是如何正常发育的,人类器官是如何出问题的,比如患上癌症及其它疾病的原因。
 
  “研究者急需人类食道的三维实验室模型,尤其是科学家解剖发现老鼠的食道与人类完全不同,”剑桥大学的食道癌研究者Rebecca Fitzgerald说道,她没有参与新研究。
 
  由于类器官可作为真器官的替代品,它们也可以用于测试药物,以更好的预测病人可能对不同治疗方式产生的反应。(比如说,人造子宫可能会帮助早产儿。)
 
  “由于类器官是在有盖培养皿中培育的,我们可以按照我们想要的方式对其进行仔细研究,”新研究的高级作者、辛辛那提儿童医院干细胞和类器官医学中心的首席科学家James Wells说道。
 
遵照配方
 
  Wells和同事使用的是诱导多能干细胞,一种有能力变成人体中任何细胞的“万能”细胞。为了使其变为专门的食道细胞,研究者向诱导多能干细胞中添加了一些化学物质和蛋白质。
 
  “这些添加物能够起到信号提示的作用,帮助引导这些诱导多能干细胞变成专门的食道组织,这就像是遵照配方做菜一样,”Wells说道。
 
  这个配方的关键步骤是Sox2基因和其相关的蛋白质,二者都与食道发育密切相关。研究团队发现,上述基因在帮助食道在人类胚胎中发育起到中心作用。研究者花了两个月才在实验室中培育出微型食道,每个大约一毫米宽。(其它研究者使用人类干细胞培育出了人羊杂种,以帮助器官再生。)
 
  Wells和辛辛那提的团队已经培育出了少量类器官,以帮助诊断身体状况会影响其食道的病人,比如先天性缺陷。Wells和其团队的上述研究是为了帮助辛辛那提儿童医院干细胞和类器官医学中心实现更大的目标:为患有消化系统疾病的儿童培育出个人化迷你器官。
 
  “因此我们可以说,为了通过标准的临床试验弄清楚病人的问题根源,研究者已经在临床上做到了能做的一切,”Wells 解释道。
 
  研究者先将病人送入一台定制的核磁共振成像仪中,扫描出一张该病人器官的3D影像。接着再将这张3D影像发给一个医生团队,他们将判断这个器官能否通过手术修复。与此同时,医生会截取病人的一小块组织,之后送到Wells的实验室。Wells的实验室会通过组织样本制作干细胞,最后培育为类器官。通过在病人体外仔细检查这些迷你器官,研究者最终可以获取诊断结果。
 
开创新的可能性
 
  未来,Wells 希望能培育出可以移植到病人体内的类器官,尤其是先天食道组织不健康或缺失的病人。他表示,这可能还会帮助那些因为癌症而移除部分食道的成年病人。
 
  “从长远角度看,我们希望能培育组织以帮助医生重建病人的食道,因为在有些情况下,病人的食道缺失太多,导致医生无法修复,”Wells说道。不过,那很可能是几年之后的事情了。
 
  利用干细胞作为原始材料“可能是一个重要的优势,因为有些病人可能缺乏健康的食道组织,无法克隆出新的食道,”加州大学戴维斯分校医学院的干细胞生物学家Paul Knoepfler说道。
 
  通过干细胞培育的食道类器官可能会长的更大,或者像食道中自然发生的那样产生更多类型的细胞,他说道。不过,与真正的食道相比,培养皿中培育的食道倒是少了一样东西:食物和液体在其中通过的空间——内腔。
 
(译者:流浪狗)
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