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想象一下,当画家拥有的只有一片叶子和一块树皮,而不是拥有一棵正在生长的,正在成长的树木作为模型时,试图画一片森林。了解零件如何装配在一起可以带来很大的不同。

这就是辛辛那提儿童大学的研究人员今天在著名的《自然》杂志上发表的研究结果所实现的类器官科学的进步水平。由Takanori Takebe博士领导的团队没有在单独的实验室皿中独立培养微型人体器官,而是成功地生长了由三个器官组成的相互连接的集合:肝脏,胰腺和胆管。

从干细胞中生长出来的类器官是人体组织的微小3D形成,实际上执行着在大型器官中发现的多种细胞类型的功能。辛辛那提儿童医院的类器官专家已经种植了具有吸收营养的绒毛,产生消化酸的胃类器官的肠等。

就其本身而言,人类类器官已经为研究提供了复杂的工具。但是这项进展使科学家能够研究人体组织如何协同工作。向前迈出的重要一步可以开始减少对基于动物的药物研究的需求,大大加速精准医学的概念,并有朝一日导致实验室中可移植组织的生长。

Takebe说:“连接是其中最重要的部分。”“我们所做的是设计一种生产器官前形成阶段组织的方法,使它们能够自然发育。我们正在最大限度地发挥制造多种器官或身体的能力。”

五年的任务实现了关键目标

Takebe,32岁,于2016年加入辛辛那提儿童基金会,并在日本东京医科牙科大学(TMDU)担任双重职位。他于2011年毕业于医学院,并计划成为一名肝脏移植外科医师。但是,当他了解到供体器官供需之间日趋严重的鸿沟时,竹别就转移了注意力,专注于器官的供应。

在以前的研究中,竹部展示了一种生产大量肝脏“芽”(肝脏类器官的早期形式)的方法。他还长出了能反映疾病状态的肝脏类器官,其中包括脂肪性肝炎,这是一种危险的肝脏瘢痕形成和某些肥胖者发炎的危险形式。

迄今为止,他的工作得到了日本皇太子的称赞,日本皇太子在2018年获得了日本科学促进会的表彰。发现杂志还列出了武部的组织体工作作为其列表中的第5位2013年排名前100位的科学成就。

但是Takebe说这个项目是他影响最大的工作。

Takebe说:“我们在一段时间之前就注意到了器官分化的这一点。但是花了五年时间来调整培养系统,使这种发育得以发生。”

三个原始器官如何共同成长

该过程中最困难的部分是最早的步骤。Takebe与辛辛那提儿童基金会的同事一起工作了多个小时,其中包括第一作者小池博之(Hiroyuki Koike)博士(现在在日本日本医学院),以完善这一过程。他们从人类皮肤细胞开始,将它们转化回原始的干细胞,然后引导并促使这些干细胞形成两个非常早期的细胞“球体”,这些细胞被松散地称为前肠和中肠。

这些细胞团在胚胎发育的早期就形成。在人类中,它们会在妊娠的第一个月后期形成。在小鼠中,它们仅在8.5天内形成。随着时间的流逝,这些球体融合并变形为器官,最终成为消化道。

在实验室中生长这些球体是一个复杂的过程,需要在正确的时间使用正确的成分。一旦它们足够成熟(需要花大量时间来确定时间的计时步骤),那么简单的部分就来了。

该团队只是将球状体放在一个特殊的实验盘中并排放置。将细胞悬浮在通常用于支持类器官生长的凝胶中,然后置于覆盖精心混合的一批生长培养基的薄膜顶部。

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