两项发现推动了下一代类器官的发展

在2020年8月27日发布的背靠背报告中，自然通信，来自辛辛那提儿童和日本的科学家团队报告发现，发现对新的有机体开发的新浪潮至关重要。

他们的发现促进了研究工作的开展人类干细胞从胎儿的前肠开始生长器官，包括气管、食道、胃、肝脏、胆囊、胆管和胰腺。

“通过对小鼠胚胎的单细胞分析，我们确定了控制间充质细胞发育的复杂信号网络，间充质细胞形成了平滑肌和成纤维细胞组织，对器官功能至关重要，”资深作者Aaron Zorn博士说有机化辛辛那提儿童的发展。“然后，我们将这些信息从鼠标中使用，以区分实验室中的等效人体组织。这是重要的，因为直到现在所有肝脏，肺，胃和食道有机体，我们大多缺乏这些间充质细胞类型。”

Zorn指示辛辛那提儿童干细胞和有机体医学（定制）的中心，这使得胃部，肠，肝脏和食管有机体发育的突破性进展。2019年，定制集团与日本最大的综合研究机构riken发起了正式的合作，以追求进一步的有机体创新。

发表于自然通信代表该协作的第一个结果。

逐个细胞解码前肠发育

在这项研究中，科学家们报告了在非常早期胚胎中的前窦 - 一个原子器官内的一组信号 - 这触发了其他器官的形式。具体而言，他们发现信号由Wnt和Shh的基因驱动，该基因和Shh在内胚层的细胞和非常早期胚胎的中间胚层中的细胞之间行进。

为了定义这些信号，共同第一作者Han Lu博士和Keishi Kishimoto博士与类器官专家James Wells博士和Takanori Takebe博士合作，开发了小鼠前肠发育的高分辨率地图。他们发现了一种意想不到的细胞，它们发出主信号的合唱，触发了从前肠分支出来的各种器官的形成。

该研究是第一个在作者说，第一个在胚胎中胚层中发挥动力学。

这些动作发生在小鼠中胚胎8.5和9.5之间的早期，大致对应于人类妊娠中的第17至23天。在这种简短的发展窗口期间，在简单的前述管沿着某些斑点的细胞组开始转化为成为气管，食道，肝脏和胰腺的器官的萌芽。

通过在细胞水平上研究这一时期的分子信号活动，研究人员绘制了一个路线图，显示了器官如何以及为什么在它们生长的地方发芽。然后，他们利用这些信号从人体多能干细胞的不同器官中培育出组织。

2019年9月，Take和同事们报告了世界上养殖包括肝脏，胰腺和胆管的三个有机体系统的首次成功。突破需要五年时间才能实现，而且产生的有机体没有全尺寸功能所需的所有细胞类型。

佐恩说，新的路线图将使海关科学家能够培育出更具竞争力的相互关联的器官。

深入潜入气管发展

在一篇平行论文中也出现在自然通信， RIKEN和CuSTOM团队通过在小鼠身上进行大量实验来进一步定义气管形成的机制，从而扩展了这些研究。

这项研究由日本肺发育专家Mitsuru Morimoto博士领导，利用转基因小鼠研究哪些细胞信号对气管形成最重要。当这些信号失灵时，发育中的胚胎就不能正常地形成气管向肺部输送空气所需要的软骨环和平滑肌组织。

辛辛那提儿童医院在2018年开发出了第一个人类食管类器官，该医院一直在与日本理ken团队就该项目进行合作，作为其参与CLEAR联盟(先天性食管和气道缺陷研究)的一部分。

“这项工作有助于解释当出生缺陷如食管闭锁、气管食管瘘和气管软化发生时发生的情况，”佐恩说。“这项工作也为有朝一日生成食道和气管组织进行组织替换打开了大门。”

组织工程的影响

新的信令路线图的纯粹复杂性有助于解释为什么它花了这么长时间才能使初始的三个有机体突破。例如，该地图揭示了单独参与肝脏形成的五个不同的间充质细胞群。

现在，共同作者称，新的路线图将使过程更快，可以扩大可以一起种植的器官的类型，并将允许研究人员种植设计的有机体，以模仿导致出生缺陷或增加疾病风险包括某种形式的癌症。

“我们研究的一个重要成果是使用信号路标来指导茎的发育细胞进入不同的器官细胞类型，“Takebe说。”这种方法可能具有组织工程的重要应用。“

从短期来看，这种类有机物质系统可以用来测试新药，而对动物模型的依赖要小得多，或者用来评估污染、不健康饮食、过敏原等造成的危害。从长远来看，一旦人们学会了将类器官生长到更大尺寸的方法，定制的实验室培养组织就可以用于修复受损的器官，甚至有一天可以替代受损的器官。

这篇论文列出了其他科学家用来制造他们自己的类有机系统的协议。项目期间收集的详细数据也可以通过互动网站进行探索research.cchmc.org/ZornLab-singlecell。

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