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干细胞——人类类器官的仓库,人体4S店的零件

时间: 2022-07-09

来源:微信公众号 科普干细胞,原题:《干细胞——人类类器官的仓库,人体4S店的零件》
微信公众号 科普干细胞
随着生命科学的发展,人类想要更好地了解自己,攻克各种疾病,已不能仅仅满足于在动物模型上试验,复制和重建人类器官成为科学家们想要迫切解决的问题之一。于是,类器官诞生了。

类器官可以说是神奇的“多面手”,它能够让我们更好地理解生物发育,同时帮助我们治愈疾病。有了类器官,研究人员可以深入观察人体的变化、检验药物的功能以及发展实验室层面的再生治疗法。

这项技术始于2009年,荷兰Hubrecht研究所的Clevers团队成功的将成体干细胞培养成为小肠的隐窝和绒毛结构。

图:部分Clevers团队科学家

2011年,该领域再次获得突破,日本RIKEN发育生物学中心的研究人员将干细胞构建成为视杯结构。

2013年,来自日本、德国、美国的科研人员分别构建出肝芽、迷你肾和微型大脑,使该领域获得了国际的广泛关注,并被Science评选为2013年的十大突破。

近年来,该技术不仅在更多种类的组织器官构建中获得了突破,在疾病研究、药物筛选、药物毒理测试等领域也展现出作为组织模型的应用潜力。Nature Methods将其确定为2017年度技术,再次凸显了该技术的巨大发展潜力,未来该领域有望引起全球更大范围的研究热潮。

01

胃底类器官

2017年1月4日,美国某儿童医院医疗中心的研究人员成功利用人类多能干细胞培育出能产生胃酸和消化酶的胃底类器官。

研究人员发现了在小鼠胚胎中调控胃细胞发育的重要信号通路Wnt/β-catenin,并通过在人类多能干细胞(hPSC)来源的前肠祖细胞中激活该通路,实现了人类胃底类器官(hFGOs)的构建。

同时,利用hFGO,研究人员还识别出调控表皮形态发生及胃底主细胞和壁细胞分化的关键分子信号。

02

功能性肠道类器官

2017年1月12日,日本医疗研究中心的研究人员利用人类多能干细胞培育出功能性肠类器官。

该肠类器官含有源自3个胚层的肠细胞:肠上皮细胞、杯状细胞、潘氏细胞和肠内分泌细胞,并具有肠道功能,包括肽的吸收,以及响应组胺和抗胆碱能药物的刺激而表现出肠蠕动。

03

角膜类器官

2017年1月27日,美国的研究人员利用人类诱导多能干细胞成功培养出角膜类器官。该角膜类器官具有与正常发育的角膜同样的特征,包含三种不同的细胞类型:上皮细胞、基质细胞和内皮细胞。

04

肺脏类器官

2017年4月24日,美国哥伦比亚的研究人员利用人多能干细胞生成了模拟肺部结构和功能的类器官,包含分支气道和肺泡结构,且该分支结构达到了人类妊娠中期的发育水平。

为了验证其功能,科研人员利用引发婴幼儿小气道阻塞和细支气管炎的呼吸道合胞体病毒(RSV)在体外对其进行感染,发现会导致被感染细胞肿胀,并分离、脱落到类器官腔,与人类肺部观察到的现象一致。

此外,研究人员在类器官中引入了引起早发型肺纤维化的HPS1突变,发现能够导致细胞外基质和间充质细胞的积聚,表明类器官具有体外重建肺纤维化疾病模型的潜力。

05

结肠类器官

2017年6月19日,美国威尔的研究人员利用家族性腺瘤性息肉病(FAP)患者皮肤成纤维细胞的诱导多能干细胞构建了结肠类器官。

研究证实,构建的结肠类器官具有结肠组织的生物学特征,包含干细胞、短期扩增细胞、分化细胞等。

06

总结

有时候,人类虽然身为万物之灵,但依然有些能力,无法超越自然界的神秘生物。如壁虎的尾巴切除后可以再生,海参遇到危险时,能将自身的内脏器官从身体尾部喷射出去,重新再长出新的内脏器官。这些逆天的自愈能力,为什么人类不具备,在未来人类有没有可能如此呢?

人类的器官除肝脏外,通常无法再生。科学家一直的梦想都是将受损或因疾病而引起功能性障碍的器官再生出来。

干细胞是人体内一种具有再生和分化能力的细胞,根据特定的培养环境,可定向分化成为多种组织器官。许多动物的身体再生能力都是干细胞的功劳,科学家使用干细胞制造器官,正是利用了这一特点。

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