2016年11月17日/世聯(lián)博研(Bioexcellence)BIOON/--在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的研究人員開(kāi)發(fā)出一種培養(yǎng)微型化身體器官的水凝膠，所培養(yǎng)出的微型化身體器官能夠用于臨床診斷和藥物開(kāi)發(fā)之中。

類器官（organoid）是能夠在實(shí)驗(yàn)室中利用人的干細(xì)胞培養(yǎng)出的微型器官。它們能夠被用來(lái)構(gòu)建疾病模型，而且在未來(lái)可能被用來(lái)測(cè)試藥物或者甚至替換病人體內(nèi)受損的組織。但是當(dāng)前的類器官在一種標(biāo)準(zhǔn)化的可控方法中非常難以培養(yǎng)，其中這種方法是設(shè)計(jì)和使用它們的關(guān)鍵。如今，EPFL研究人員通過(guò)開(kāi)發(fā)出一種正在申請(qǐng)專利的“水凝膠”而解決了這個(gè)問(wèn)題，其中這種水凝膠提供一種完全可控的和可調(diào)整的方法來(lái)培養(yǎng)類器官。這一突破性發(fā)現(xiàn)于2016年11月16日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Designer matrices for intestinal stem cell and organoid culture”。

類器官需要一種三維支架

培養(yǎng)類器官是利用干細(xì)胞---它們能夠分化為人體中任何一種細(xì)胞類型的未成熟細(xì)胞，而且在組織功能和再生中發(fā)揮著關(guān)鍵作用---開(kāi)展的。為了培養(yǎng)一種類器官，這些干細(xì)胞在三維水凝膠---含有促進(jìn)干細(xì)胞更新和分化的生物分子混合物---內(nèi)部進(jìn)行培養(yǎng)。

這些水凝膠的作用是模擬這些干細(xì)胞的自然環(huán)境，給它們提供一種富含蛋白和糖的被稱作“胞外基質(zhì)”的支架，在這種支架上，這些干細(xì)胞長(zhǎng)出特定的身體組織。這些干細(xì)胞粘附到這種胞外基質(zhì)水凝膠上，然后“自我組裝”成為視網(wǎng)膜、腎臟或腸道等微型器官。這些微型器官保持著實(shí)際器官中的關(guān)鍵特征，而且在開(kāi)展人體臨床試驗(yàn)之前，能夠被用來(lái)研究疾病或測(cè)試藥物。

但是當(dāng)前的用來(lái)培養(yǎng)類器官的水凝膠是來(lái)自小鼠體內(nèi)的，而且它們存在一些問(wèn)題。首先，控制它們的批間組成是不可能的，這能夠?qū)е赂杉?xì)胞表現(xiàn)不一致。其次，它們的生化復(fù)雜性使得很難對(duì)它們進(jìn)行微調(diào)以便研究不同參數(shù)（如，生物分子，力學(xué)性質(zhì)等）對(duì)類器官培養(yǎng)的影響。最終，這些水凝膠能夠攜帶病原體或免疫原，這意味著它們不適合培養(yǎng)用于診所中的類器官。

一種水凝膠

EPFL生物工程研究所Matthias Lütolf實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出一種人工合成的“水凝膠”，從而避免常規(guī)的天然來(lái)源的水凝膠存在的限制。這種正在申請(qǐng)專利中的水凝膠是由水和聚乙二醇（polyethylene glycol）組成的，其中聚乙二醇是一種如今受到廣泛使用的存在多種形式的物質(zhì)。

論文第一作者Nikolce Gjorevski和他的同事們利用這種水凝膠讓腸道干細(xì)胞長(zhǎng)出一種微型腸道。這種功能性的水凝膠不僅是一種目標(biāo)，而且也是鑒定影響這些干細(xì)胞擴(kuò)增和培養(yǎng)類器官的能力的因子。通過(guò)仔細(xì)地調(diào)整這種水凝膠的性質(zhì)，他們發(fā)現(xiàn)這種類器官形成過(guò)程的不同階段需要不同的力學(xué)環(huán)境和生物組分。

一個(gè)這樣的因子是纖連蛋白（fibronectin），它協(xié)助這些干細(xì)胞附著到這種水凝膠中。Lütolf實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)這種附著本身在培養(yǎng)類器官中發(fā)揮著非常重要的作用，這是因?yàn)樗峁┰S多信號(hào)給它們，告訴它們生長(zhǎng)和產(chǎn)生一種類似腸道的結(jié)構(gòu)。研究人員也發(fā)現(xiàn)這種水凝膠的物理硬度在調(diào)節(jié)腸道干細(xì)胞行為中發(fā)揮著一種不可或缺的作用，從而有助認(rèn)識(shí)細(xì)胞如何能夠感知和處理物理刺激，并對(duì)這些物理刺激作出反應(yīng)。這種認(rèn)識(shí)是特別有價(jià)值的---盡管生化信號(hào)對(duì)干細(xì)胞的影響是為人所熟知的，但是物理因子的影響是個(gè)謎。

鑒于這種水凝膠是人造的，因此控制它的化學(xué)組成和關(guān)鍵性質(zhì)以及確保批間一致性是比較容易的。而且因?yàn)樗侨斯ぶ圃斓模运粫?huì)產(chǎn)生任何感染風(fēng)險(xiǎn)或觸發(fā)免疫反應(yīng)。同樣地，它提供一種方式將類器官?gòu)幕A(chǔ)研究轉(zhuǎn)移到未來(lái)的制藥和臨床應(yīng)用之中。

Lütolf實(shí)驗(yàn)室如今正在研究其他的干細(xì)胞類型以便將他們的水凝膠的這些優(yōu)勢(shì)性能應(yīng)用到其他的組織中。（世聯(lián)博研(Bioexcellence) 世聯(lián)博研Bioexcellence）

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Designer matrices for intestinal stem cell and organoid culture 

Nikolce Gjorevski, Norman Sachs, Andrea Manfrin, Sonja Giger, Maiia E. Bragina, Paloma Ordó?ez-Morán, Hans Clevers & Matthias P. Lutolf

doi:10.1038/nature20168

在一項(xiàng)新的研究中，來(lái)自瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院（EPFL）的研究人員開(kāi)發(fā)出一種培養(yǎng)微型化身體器官的水凝膠，所培養(yǎng)出的微型化身體器官能夠用于臨床診斷和藥物開(kāi)發(fā)之中。

類器官（organoid）是能夠在實(shí)驗(yàn)室中利用人的干細(xì)胞培養(yǎng)出的微型器官。它們能夠被用來(lái)構(gòu)建疾病模型，而且在未來(lái)可能被用來(lái)測(cè)試藥物或者甚至替換病人體內(nèi)受損的組織。但是當(dāng)前的類器官在一種標(biāo)準(zhǔn)化的可控方法中非常難以培養(yǎng)，其中這種方法是設(shè)計(jì)和使用它們的關(guān)鍵。如今，EPFL研究人員通過(guò)開(kāi)發(fā)出一種正在申請(qǐng)專利的“水凝膠”而解決了這個(gè)問(wèn)題，其中這種水凝膠提供一種完全可控的和可調(diào)整的方法來(lái)培養(yǎng)類器官。這一突破性發(fā)現(xiàn)于2016年11月16日在線發(fā)表在Nature期刊上，論文標(biāo)題為“Designer matrices for intestinal stem cell and organoid culture”。

類器官需要一種三維支架

培養(yǎng)類器官是利用干細(xì)胞---它們能夠分化為人體中任何一種細(xì)胞類型的未成熟細(xì)胞，而且在組織功能和再生中發(fā)揮著關(guān)鍵作用---開(kāi)展的。為了培養(yǎng)一種類器官，這些干細(xì)胞在三維水凝膠---含有促進(jìn)干細(xì)胞更新和分化的生物分子混合物---內(nèi)部進(jìn)行培養(yǎng)。

這些水凝膠的作用是模擬這些干細(xì)胞的自然環(huán)境，給它們提供一種富含蛋白和糖的被稱作“胞外基質(zhì)”的支架，在這種支架上，這些干細(xì)胞長(zhǎng)出特定的身體組織。這些干細(xì)胞粘附到這種胞外基質(zhì)水凝膠上，然后“自我組裝”成為視網(wǎng)膜、腎臟或腸道等微型器官。這些微型器官保持著實(shí)際器官中的關(guān)鍵特征，而且在開(kāi)展人體臨床試驗(yàn)之前，能夠被用來(lái)研究疾病或測(cè)試藥物。

但是當(dāng)前的用來(lái)培養(yǎng)類器官的水凝膠是來(lái)自小鼠體內(nèi)的，而且它們存在一些問(wèn)題。首先，控制它們的批間組成是不可能的，這能夠?qū)е赂杉?xì)胞表現(xiàn)不一致。其次，它們的生化復(fù)雜性使得很難對(duì)它們進(jìn)行微調(diào)以便研究不同參數(shù)（如，生物分子，力學(xué)性質(zhì)等）對(duì)類器官培養(yǎng)的影響。最終，這些水凝膠能夠攜帶病原體或免疫原，這意味著它們不適合培養(yǎng)用于診所中的類器官。

一種水凝膠

EPFL生物工程研究所Matthias Lütolf實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)出一種人工合成的“水凝膠”，從而避免常規(guī)的天然來(lái)源的水凝膠存在的限制。這種正在申請(qǐng)專利中的水凝膠是由水和聚乙二醇（polyethylene glycol）組成的，其中聚乙二醇是一種如今受到廣泛使用的存在多種形式的物質(zhì)。

論文第一作者Nikolce Gjorevski和他的同事們利用這種水凝膠讓腸道干細(xì)胞長(zhǎng)出一種微型腸道。這種功能性的水凝膠不僅是一種目標(biāo)，而且也是鑒定影響這些干細(xì)胞擴(kuò)增和培養(yǎng)類器官的能力的因子。通過(guò)仔細(xì)地調(diào)整這種水凝膠的性質(zhì)，他們發(fā)現(xiàn)這種類器官形成過(guò)程的不同階段需要不同的力學(xué)環(huán)境和生物組分。

一個(gè)這樣的因子是纖連蛋白（fibronectin），它協(xié)助這些干細(xì)胞附著到這種水凝膠中。Lütolf實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)這種附著本身在培養(yǎng)類器官中發(fā)揮著非常重要的作用，這是因?yàn)樗峁┰S多信號(hào)給它們，告訴它們生長(zhǎng)和產(chǎn)生一種類似腸道的結(jié)構(gòu)。研究人員也發(fā)現(xiàn)這種水凝膠的物理硬度在調(diào)節(jié)腸道干細(xì)胞行為中發(fā)揮著一種不可或缺的作用，從而有助認(rèn)識(shí)細(xì)胞如何能夠感知和處理物理刺激，并對(duì)這些物理刺激作出反應(yīng)。這種認(rèn)識(shí)是特別有價(jià)值的---盡管生化信號(hào)對(duì)干細(xì)胞的影響是為人所熟知的，但是物理因子的影響是個(gè)謎。

鑒于這種水凝膠是人造的，因此控制它的化學(xué)組成和關(guān)鍵性質(zhì)以及確保批間一致性是比較容易的。而且因?yàn)樗侨斯ぶ圃斓?，所以它不?huì)產(chǎn)生任何感染風(fēng)險(xiǎn)或觸發(fā)免疫反應(yīng)。同樣地，它提供一種方式將類器官?gòu)幕A(chǔ)研究轉(zhuǎn)移到未來(lái)的制藥和臨床應(yīng)用之中。

Lütolf實(shí)驗(yàn)室如今正在研究其他的干細(xì)胞類型以便將他們的水凝膠的這些優(yōu)勢(shì)性能應(yīng)用到其他的組織中。（世聯(lián)博研(Bioexcellence) 世聯(lián)博研Bioexcellence）

本文系世聯(lián)博研(Bioexcellence)原創(chuàng)編譯整理，歡迎轉(zhuǎn)載！點(diǎn)擊 獲取授權(quán) 。更多資訊請(qǐng)下載世聯(lián)博研(Bioexcellence)APP。

Designer matrices for intestinal stem cell and organoid culture 

Nikolce Gjorevski, Norman Sachs, Andrea Manfrin, Sonja Giger, Maiia E. Bragina, Paloma Ordó?ez-Morán, Hans Clevers & Matthias P. Lutolf

doi:10.1038/nature20168