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培育类器官
发布时间:2015-08-14   点击次数:908次

培育类器官

这不过是11月里一个普通的日子,但Madeline Lancaster却意外地发现,她培育出了一个脑组织。好几个星期以来,Lancaster一直在尝试使用人体胚胎干细胞培育出神经细胞团(neural rosettes),这种神经细胞团能够进一步分化出各种不同的神经元细胞。但是不知道为什么,这些细胞就是不能像其它体外培养的细胞那样,很好地贴附在细胞培养皿上,它们全都悬浮在培养基里,形成奇怪的、乳状的小颗粒。

据当时还在奥地利维也纳分子生物技术研究院(Institute of Molecular Biotechnology in Vienna)担任博士后的Lancaster回忆,他真不知道这些东西是什么。不过在2011年11月的那一天,她注意到在某一个小颗粒上出现了一个小色点。再拿到显微镜下仔细一观察,Lancaster意识到这应该就是正在发育中的视网膜暗细胞,而视网膜正是发育中的大脑向外长出的一种结构。于是Lancaster切开了这种小颗粒,并从中挑出了好多种不同的神经元细胞。Lancaster意识到这些神经细胞自己就形成了一个胚胎脑组织,于是她立即找到她的导师——干细胞生物学家Jürgen Knoblich,向他汇报了这个好消息。“我发现了一些很神奇的东西,你快来看看。"Lancaster当时就是这样说的。

Lancaster等人并不是*个在培养皿里养出脑组织的课题组。早在2008年,日本的科研人员就报道称,他们成功地利用小鼠和人胚胎干细胞培育出了类似大脑皮层(cerebral cortex)的、有层次的细胞团。从那以后,全世界的科研人员就开始尝试利用胚胎干细胞培育各种组织和器官。科学家们利用精细的化学同步信号,成功培育出了具有三维立体结构的眼、肠、肝、肾、胰腺、前列腺、肺、胃和乳腺等各种类组织。他们将这种组织块称作“类器官(organoid)",因为这些类器官能够模拟真实器官的一部分结构和功能,能够帮助我们进一步了解人体发育的机制,也可以用作疾病模型或者药物筛选平台,而且还有望成为移植器官的来源。英国剑桥大学Wellcome基金会MRC干细胞研究所(Wellcome Trust/MRC Stem Cell Institute at the University of Cambridge, UK)的所长Austin Smith表示,这可能是近半个多世纪以来干细胞研究历史上zui重大的科研进展了。

不过现有的这些类器官还不够。很多类器官里都还缺少关键的细胞,很多类器官也只能够模拟器官发育过程的zui初阶段,而且各批次之间的差异也比较大,缺乏稳定性。所以科研人员们还在继续努力,开发出更加复杂、更加成熟、可重复性更高的类器官培育技术。当然,科研人员们也非常惊奇,那么一点点细胞就能够自我集合,并发育成如此精巧的类器官。Knoblich表示,培育类器官完全不需要什么的生物技术,只需要放手让这些细胞自己干就行,它们zui后就会给你一个大脑。

培育肠道类器官

澳大利亚昆士兰大学(University of Queensland, Australia)的分子生物学家Melissa Little认为,培育肠道类器官这并不是什么让人惊奇的事情,她说道:“胚胎本来就拥有惊人的自我聚合能力,它们完全不需要任何的模板或者蓝图,自己就知道该怎么做。"而且早在20世纪初,我们就已经知道这一点了,当时的胚胎生物学家们就发现,将海绵细胞完全分散之后,它们还是能够重新聚集到一起。不过这种研究工作很快就被人遗忘了,现代生物学家们全都把注意力集中到如何分离纯化并培养细胞上去了,但人工培养的细胞几乎都是薄薄的细胞层,完全不像正常的人体组织结构。

美国加利福尼亚州Lawrence Berkeley国家实验室(Lawrence Berkeley National Laboratory in California)的肿瘤学家Mina Bissell认为,用这种细胞来研究器官的功能,就和用一堆砖来研究房子的功能一样可笑。她指出,如果要知道房子的功能,我们首先应该盖一间房子。Bissell等人开展的乳腺细胞培养工作进一步表明,三维立体生长的细胞在行为上与传统平面培养的细胞是不一样的。到了2000年中,这个观点受到了更多人的关注,zui主要的原因是因为日本神户RIKEN发育生物学研究中心(RIKEN Center for Developmental Biology in Kobe, Japan)的干细胞生物学家Yoshiki Sasai相继培育出了大脑皮层、未发育的视杯和脑垂体等组织(Nature 488, 444–446; 2012)。

就在Sasai培育出大脑皮层之后仅仅一年,荷兰Hubrecht研究所(Hubrecht Institute in Utrecht, the Netherlands)的干细胞研究人员Hans Clevers就报道称,他们培育出了一个肠道类器官。而类器官研究大高潮则源自2007年时的一个发现。当时Clevers等人在小鼠体内发现了肠道干细胞(intestinal stem cells)。这些细胞在体内似乎具有不受限制的分裂能力,能够不断更新肠道内皮细胞,而Clevers的博士后Toshiro Sato的任务就是在体外培养这种肠道干细胞。

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