形状指南瀑样的生长

进化的下一章写的生物工程将增长能力功能在实验室小型器官。应用广泛,与安全的药物测试,疾病建模,减少动物使用和人类生物学的新见解高居榜首。虽然我们仍有很长的路要走,实验室培养器官的进化模型已经看到显著的突破。

其中一个瀑样:微型器官生长干细胞在专门的水凝胶。已经超过十年,瀑样领域一直以惊人的速度前进,但仍然面临着几大挑战,其中之一是,它是目前无法控制干细胞发展成一个瀑样。

成长的烦恼

只是添加干细胞成水凝胶和离开他们自己的设备,导致一个相当随机的(“随机”是技术术语)细胞殖民地的形成。虽然重要的结构单元,如肠隐窝,出现在传统瀑样,研究人员无法控制时,其中有多少形式。能够控制这些方面是一个先决条件创建体外模型与真实的器官和功能相似。

所以,我们可以控制瀑样的增长和结构吗?这个问题背后Lutolf马蒂亚斯和他的研究团队EPFL生命科学学院的。他的工作表明,外部因素如环境的刚度可以在瀑样生物学有深远的影响。

历史的刚度

例如,2016年,Lutolf实验室发表了开创性的论文表明水凝胶的硬度可以影响瀑样在不同阶段的发展和成长的过程。在2020年,他的团队发表的成功发展mini-intestine瀑样生长在微芯片,打开新的视角建模复杂的人类疾病。

“应用控制瀑样的形成和产生的结构将允许我们不仅理解底层的形态形成的机制,同时也构建微型器官模型,更像是真实的同行,“Lutolf说。“既然最终的功能架构的器官来自细胞自组织和外部微环境之间的相互作用控制,我们必须考虑两个。”

功能如下形式

这条线的研究后,Nikolce Gjorevski和麦克尼克拉艾,两位前Lutolf的团队的成员,曾想办法控制否则随机瀑样的发展。这项工作现在的高潮在一项新的研究中,提出的方法来控制日益发展vivo-like瀑样。这项研究发表在科学。

团队所描述的方法取决于两个原则。首先,研究人员发现,从可再生的初始瀑样形状导致可再生的发展,解决瀑样变化的问题。

第二,他们发现建筑瀑样形状像真正的器官可以帮助他们采取organ-like细胞组成和功能。例如,如果干细胞生长在肠道隐窝的形状,他们将组织和功能就像一个墓穴。“形式服从功能”的范式是生物学的一个主要议题,但研究发现相反的也是真实的。

无论如何,Gjorevski和尼克拉艾也想出策略实际的范例。使用技术称为“缩微成像”,他们在内部形成水凝胶,最终房子瀑样。灌装精确设计的水凝胶蛀牙用干细胞最终催生了瀑样,适应的形状形成蛀牙。过程并不像古典金属雕塑,熔融金属铸造成模具和允许巩固与一个预定义的形状。

成功的瀑样生长

结果不言自明。通过修改水凝胶的形状匹配的解剖真实的肠,研究人员能够引导干细胞长成与现实的地下室和绒毛上皮组织——“高峰和低谷”解剖学的器官。这是特别重要的,因为大部分小肠的功能依赖于不同的细胞群居住在这些结构。

例如,隐窝是小肠Paneth细胞所在的地方。这些都是分泌细胞重要的维护干细胞和免疫防御的肠道上皮细胞。Lutolf的团队使用的方法确保Paneth细胞仅出现在地下室蛀牙,同时生产各种细胞肠道组织的所有正确的解剖位置。

“我们的方法被证明是有效的在指导干细胞器官形成,“Lutolf说他现在指导转化生物工程研究所(髂胫)罗氏。“我们瀑样文化可以用来回答问题,现有的模式,包括动物不能,他们也可以帮助瀑样技术转化为实际应用。”