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两个发现促进了下一代类器官的发展

在2020年8月27日发表在《自然通讯》上的背对背报告中,来自辛辛那提儿童和日本的科学家团队报告了发现,这些发现对于新一波更加复杂的类器官开发至关重要。

他们的发现促进了利用人类干细胞从胎儿前肠生长器官的努力,包括气管,食道,胃,肝脏,胆囊,胆管和胰腺。

“随着小鼠胚胎单细胞分析,我们定义的复杂信号网络控制间充质细胞,形成平滑肌和成纤维细胞组织是器官功能所必需的发展,”资深作者亚伦佐恩博士,谁领导组织体的发展在辛辛那提儿童乐园。“然后,我们利用小鼠中的这些信息在实验室中区分出同等的人体组织。这很重要,因为到目前为止,我们制造的所有肝脏,肺脏,胃和食道类器官大部分都缺乏这些间质细胞类型。”

Zorn指导辛辛那提儿童医院的干细胞和类器官医学中心(CuSTOM),该中心在胃,肠,肝和食道类器官的发育方面取得了突破性进展。在2019年,CuSTOM集团与日本最大的综合研究机构RIKEN展开了正式合作,以寻求进一步的类器官创新。

在自然通讯上发表的论文代表了这种合作的最初结果。

逐细胞解码前肠发育

在这项研究中,科学家报告说,在前肠中发现了一组信号,这些信号是非常早期的胚胎中的原生器官,可以触发其他器官的形成方式和时间。具体来说,他们发现信号受Wnt和SHH基因驱动,它们在非常早期的胚胎的内胚层和中胚层细胞之间传播。

为了定义这些信号,共同第一作者陆寒博士和岸本敬史博士与类器官动物专家詹姆斯·威尔斯博士和医学博士高部武夫合作,绘制了小鼠前肠发育的高分辨率图。他们检测到出乎意料的各种细胞发出了一系列主信号,这些信号触发了从前肠分支出来的各种器官的形成。

共同作者说,这项研究是第一个确定胚胎中胚层动态变化的方法。

这种作用发生在小鼠胚胎第8.5天和9.5天之间的很早,大约相当于人类妊娠的第17天到23天。在这个短暂的发展窗口中,沿着简单的前肠管某些部位的细胞群开始转化为器官的新芽,这些新芽变成了气管,食道,肝脏和胰腺。

通过研究此期间在每个细胞水平上的分子信号传导活性,研究人员制定了路线图,显示了器官在何处发芽的方式和原因。然后,他们使用这些信号从人类多能干细胞的不同器官中生长出组织。

在2019年9月,Takebe及其同事报告说,在发展包括肝脏,胰脏和胆管的三类器官系统方面,全球取得了首次成功。这项突破花了五年的时间才能实现,生产的类器官没有拥有完整功能所需的所有细胞类型。

Zorn说,新的路线图将使CuSTOM科学家能够生长出更多相互竞争的相互联系的器官。

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