类器官是三维 (3D) 细胞培养物，包含其代表性器官的一些关键特征。这种类型的体外培养系统包括可分化为多种器官特异性细胞类型的自我更新干细胞群。它具有与相应器官相似的空间组织，可以再现相应器官的部分功能，从而提供高度的生理关联系统。

iPSC诱导多能干细胞，全称诱导多能干细胞，它们在形态、基因和蛋白表达、表观遗传修饰状态、细胞增殖能力、胚状体和致畸能力、分化能力等方面与胚胎干细胞相似方面，同时避免胚胎干细胞的伦理问题。它在疾病模拟、药物筛选和细胞治疗方面具有巨大的应用前景，被视为细胞治疗的新希望。 iPSC 来源广泛，同时具有开发早期胚胎干细胞的能力。在体外培养时，可以建立一个合适的环境来模拟体内的发育过程。基于这些显着优势，iPSC 已成为培养类器官的重要细胞来源。

2012年诺贝尔生理学或医学奖授予英国科学家John B. Gurdon先生和日本科学家Shinya Yamanaka博士将成熟细胞重编程为可分化为多种细胞类型的细胞诱导多能干细胞的突破性研究(iPSC)。自 2006 年发现以来，iPSC 一直被誉为可以彻底改变再生医学的发现。

2012年12月6日，John Gurdon和Shinya Yamanaka接受Nobelprize.org采访

在人类新生命的早期阶段，似乎同样的细胞开始分裂成不同的类型，并最终长成各种组织和器官。在这个过程中，相邻组织交换化学信号以促进彼此发展的不同步骤。但这种串扰是复杂且动态的，因此很难研究。

现在，格拉德斯通研究所的科学家们发现了如何培养一种新型类器官——一种三维器官样细胞簇——它模拟了肠道和心脏组织是如何由干细胞共同产生的。 12月2日，研究人员在《Cell Stem Cell》上发表了这项研究，发表了一篇题为“心脏和肠道组织的共同出现促进人类 iPSC 衍生类器官内心肌细胞成熟”的文章：



这种类器官可以用作实验室研究组织间信号 新的传输工具对于人类的健康发展至关重要。

Gladstone 高级研究员、这项新研究的资深作者 Todd McDevitt 博士说：“我们的研究突出了类器官技术的有前途的新维度，它可以提高我们对发育器官的理解以及对组织如何相互合作和指导的理解。”

一个意外的新器官

McDevitt 的实验室一直在努力设计一种培养类器官的新方法，它是一种微型多细胞结构，可以在培养皿中复制心脏、大脑、肺等器官的特征和功能。

他的团队利用人类诱导多能干细胞 (iPSC) 创建了心脏类器官。它们通过在各种营养素和其他天然物质的混合物中生长，将这些细胞诱导为心脏细胞。

他们最初并没有打算创建一个新的类器官。然而，令他们惊讶的是，他们发现在许多情况下，产生的类器官不仅包含心脏细胞，还包含肠细胞。

麦克德维特实验室的博士后学者和新研究的第一作者安娜席尔瓦博士说：“我们非常感兴趣，因为类器官通常发育成单一类型的组织，比如只有心脏组织。在这里，我们的心脏和肠道组织一起生长以可控的方式进行，就像在正常胚胎中一样。”

这些类器官提供了一种很有前景的新方法来检查发育不同组织之间的串扰，到目前为止，这依赖于单独生长单个组织类器官，然后尝试将它们结合起来。

描述新器官的全貌

研究人员发现，与传统的心脏器官相比，新的器官带来了更复杂、更成熟的心脏结构，包括一些相似的、更成熟的血管。新类器官中心脏细胞的类型和比例及其电特性与真正的胎儿心脏高度相似。相比之下，没有肠组织的传统类器官中的细颗粒这些细胞仍处于转化为心脏细胞的早期阶段。


McDevitt 还是加州大学旧金山分校的生物工程和治疗科学教授。他说：“一旦明确肠道组织的存在有助于心脏组织的成熟，我们就会意识到我们已经达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的化学物质，这些化学物质在心脏发育过程中参与了两种组织之间的信号转导。

席尔瓦说：“这是一个美丽的、动态的心脏发育模型。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。在这种情况下，肠道和心脏组织都是从相同的起始材料发育而来的。 ”

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 1 年多。对于在实验室中生长的任何东西，尤其是大型 3D 细胞聚集体，这都是一段很长的时间。这种耐用性表明，类似的类器官可以培养为长期实验室研究的强大系统。尽管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，但它们有助于加深对这一协作过程的理解。

除了为人类健康发展提供新的线索外，类器官还可以帮助澄清这个过程是如何出错的。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（例如慢性心房和肠心律失常）很有价值。

需要进一步研究以改进可靠培养这些类器官的方法，以便它们能够充分发挥潜力。未来，研究人员理论上可以开发其他类似的类器官，涉及不同的组织对，例如心脏和肺，或肺和肾脏。

麦克德维特说：“发展中组织之间的交流可能没有得到广泛认可或重视。我们现在可以以前所未有的方式探索这一基本过程。”