在人类新生命的最初阶段，看似相同的细胞开始分裂成不同的类型，最终长成各种组织和器官。在此过程中，相邻组织交换化学信号，促进彼此发育的不同步骤。但这种串扰是复杂且动态的，因此难以研究。

现在，格莱斯顿研究所的科学家们发现了如何培养一种新的类器官——一种三维的、类似器官的细胞簇——它可以模拟肠道和心脏组织如何从干细胞中协同产生。

这种首创的类器官可以作为实验室研究组织间信号传导的新工具，这对人类健康发展至关重要。

“我们的研究突出了类器官技术的有希望的新维度，这可以提高我们对发育中的器官和组织如何相互合作和指导的理解，”Gladstone 高级研究员Todd McDevitt博士说，他是发表在Cell Stem杂志上的一项新研究的高级作者。细胞。

一个偶然的新类器官

McDevitt 的实验室一直致力于设计新的类器官生长方法，类器官是微型多细胞结构，可在培养皿中复制心脏、大脑、肺和其他器官的特征和功能。

他的团队从人类诱导的多能干细胞中制造出心脏类器官。他们通过在各种营养物质和其他天然物质的混合物中培养这些细胞，诱使它们成为心脏细胞。虽然传统的鸡尾酒主要产生心肌细胞，但科学家们尝试了一种不同的鸡尾酒，它可能允许形成更多种类的心脏细胞。

他们最初并没有着手创造一种新的类器官。然而令他们惊讶的是，他们发现在许多情况下，新的鸡尾酒产生的类器官不仅包含心脏，还包含肠道细胞。

“我们很感兴趣，因为类器官通常会发育成单一类型的组织——例如，只有心脏组织，”麦克德维特实验室的博士后学者、新研究的第一作者Ana Silva博士说。“在这里，我们的心脏和肠道组织以受控方式一起生长，就像在正常胚胎中一样。”

这些类器官为检查发育中组织之间的串扰提供了一种有前途的新方法，迄今为止，这种方法一直依赖于单独生长单组织类器官，然后尝试将它们结合起来。

绘制新类器官的全貌

研究人员发现，与传统的心脏类器官相比，新的类器官产生了更加复杂和成熟的心脏结构——包括一些类似于更成熟的血管。新类器官中心脏细胞的类型和比例，以及它们的电特性，与真正的胎儿心脏高度相似。相比之下，不包含肠道组织的传统类器官中的细胞仍停留在其转化为心脏细胞的早期阶段。

加州大学旧金山分校生物工程和治疗科学教授麦克德维特说：“一旦明确肠道组织的存在有助于心脏组织的成熟，我们就意识到我们已经找到了一些新的和特别的东西。” .

科学家们还表明，新类器官中的肠道组织成熟为各种可识别的结构和细胞类型，尤其是小肠。此外，新类器官中的肠道和心脏细胞会释放已知参与心脏发育过程中两种组织之间信号传导的化学物质。

“这是一个美丽的、动态的心脏发育模型，”席尔瓦说。“我们的研究结果提出了一种在更现实的背景下进行这项研究的方法，其中肠道和心脏组织都从相同的起始材料共同发育。”

一个强大的研究系统

研究人员已经能够让新的类器官在培养皿中存活超过 1 年，这对于实验室中生长的任何东西来说都是非常长的时间，尤其是大型 3D 细胞聚集体。这种耐久性表明，类似的类器官可以被培育出来，作为长期实验室研究的稳健系统。虽然类器官可能无法完美捕捉真实心脏和肠道发育的每个部分，但它们可以帮助加深对这一合作过程的理解。

除了为人类健康发展提供新的思路外，这些类器官还可以帮助阐明该过程如何出错。例如，它们可能对研究已知会影响心脏和肠道发育的先天性疾病(例如慢性心房和肠道心律失常)有价值。

需要进一步的研究来完善可靠地生长这些类器官的方法，以便充分发挥它们的潜力。在未来，研究人员理论上可以开发出其他类似的类器官，涉及不同的组织对，例如心脏和肺，或肺和肾脏。

“发育中的组织之间的交流可能还没有得到应有的广泛认可，”麦克德维特说。“我们现在可以以前所未有的方式探索这一基本过程。”