科技日報(bào)

瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院

科技日報(bào)北京12月3日電 （記者張夢然）瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院一組團(tuán)隊(duì)利用干細(xì)胞制造了全新三維類器官——“布多伊德”。這種類器官展現(xiàn)了發(fā)育中肢體的多個(gè)關(guān)鍵特征，包括對稱破缺（塑造肢體的第一步）和早期軟骨形成。該研究發(fā)表在最新一期《科學(xué)進(jìn)展》雜志上。

在胚胎早期發(fā)育階段，身體器官的構(gòu)建依賴于不同細(xì)胞類型之間化學(xué)信號的交換。以肢體發(fā)育為例，肢體表面一層被稱為“頂端外胚層脊”（AER）的薄層皮膚細(xì)胞會發(fā)出信號，引導(dǎo)下方細(xì)胞群生長并形成骨骼、軟骨和結(jié)締組織。然而，AER細(xì)胞的存在時(shí)間短暫，且同時(shí)分泌多種信號分子，這使其難以研究。為克服這一難題，科學(xué)家常轉(zhuǎn)向一種在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)的微型器官——類器官，其為研究細(xì)胞在組織形成過程中的行為和相互作用提供了可控平臺。

以往大多數(shù)與肢體相關(guān)的類器官模型僅關(guān)注中胚層，忽略了AER和其他皮膚細(xì)胞（表層外胚層）在肢體形成中的指導(dǎo)作用。此次為制造“布多伊德”，研究團(tuán)隊(duì)從小鼠胚胎干細(xì)胞中培養(yǎng)出混合細(xì)胞群，這些細(xì)胞自然形成了類似AER、表層外胚層和中胚層細(xì)胞，基本涵蓋了發(fā)育中肢體的所有主要細(xì)胞類型。當(dāng)這些細(xì)胞被聚合時(shí)，它們能夠自我組織成三維結(jié)構(gòu)。團(tuán)隊(duì)隨后利用該系統(tǒng)研究AER細(xì)胞是如何引導(dǎo)組織形成的。

“布多伊德”提供了一種全新的實(shí)用系統(tǒng)，使人們能夠探索胚胎發(fā)育中難以深入研究的領(lǐng)域，例如細(xì)胞如何協(xié)調(diào)行為、早期結(jié)構(gòu)如何發(fā)育以及軟骨如何形成。其應(yīng)用不僅限于基礎(chǔ)研究，未來還將涉及先天性疾病建模、測試可能損害肢體發(fā)育的化學(xué)物質(zhì)，甚至促進(jìn)再生醫(yī)學(xué)的應(yīng)用。

“布多伊德”為生物醫(yī)學(xué)研究提供了一種更符合倫理的替代方案。在這一領(lǐng)域，傳統(tǒng)上高度依賴動物實(shí)驗(yàn)，而全新的基于干細(xì)胞的方法能很好地重現(xiàn)胚胎組織的關(guān)鍵特征，許多曾經(jīng)需要使用大量胚胎的實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在都可以在受控的類器官系統(tǒng)中進(jìn)行。這不但有助于替代和減少在發(fā)育研究中的動物使用，還將助力藥物毒性篩查并推動再生醫(yī)學(xué)，為軟骨等人體組織修復(fù)等提供新思路。