2014年10月19日

实验室开发的肠类器官在小鼠体内形成成熟的人体组织

研究人员已经成功地将从实验室培养皿中多能干细胞培养的功能性人体肠道组织的“类器官”移植到小鼠体内，这为研究肠道疾病创造了一个前所未有的模型。

结果于10月19日在网上公布自然医学辛辛那提儿童医院医疗中心的科学家说，通过更多的转化研究，这些发现可能最终导致生物工程个性化的人类肠组织治疗肠胃疾病。

辛辛那提儿童医院肠道康复项目首席研究员兼外科主任Michael Helmrath医学博士、医学硕士说:“这些研究支持了患者特异性细胞可以用来培养肠道的概念。”“这为研究许多可能引起的疾病和状况提供了一种新方法肠衰竭从出生时出现的遗传疾病到晚年出现的疾病，如癌症和克罗恩病。这些研究也促进了长期目标，即培养可以替代受损人体肠道的组织。”

科学家们使用了诱导多能性干细胞(iPSCs)——它可以变成身体中的任何组织类型——来产生肠道类器官。该团队将从皮肤和血液样本中提取的成年细胞转化为“空白”iPSCs，然后将干细胞放入特定的分子鸡尾酒中，这样它们就会形成肠类器官。

然后，人类类器官被移植到老鼠肾脏的包膜中，为类器官细胞生长成完全成熟的人体肠道组织提供必要的血液供应。研究人员指出，这一步代表着再生医学领域取得进展的一个重要标志，世界各地的科学家已经努力开发了几年的再生医学。

研究中使用的小鼠经过基因工程改造，因此它们的免疫系统可以接受人类组织的引入。研究人员表示，移植手术需要在显微镜下进行精细的手术。但研究发现，一旦附着在老鼠的肾脏上，这些细胞就会自行生长和繁殖。研究中的每只老鼠都产生了大量功能齐全、完全属于人类的肠道。

辛辛那提儿童医院医疗中心肠道康复项目的外科主任Michael Helmrath，医学博士，理学硕士，谈到了研究人员成功地在小鼠体内培养人类肠道组织的情况。这项研究描述了一个研究肠道疾病的前所未有的模型。10月19日公布结果自然医学在美国，科学家们表示，通过进一步的转化研究，这些发现可能最终导致生物工程个性化人类肠道组织，以治疗胃肠道疾病。图片来源:辛辛那提儿童医院医疗中心

“粘膜内膜包含所有分化的细胞，并通过增殖不断更新自己肠道干细胞．此外，粘膜发展了吸收和消化能力，这在培养皿中是不明显的，”Helmrath说。“重要的是，肠道的肌肉层也在发育。”

这对病人意味着什么

这项新发现最终可能对那些天生就有影响消化系统的基因缺陷的人，或者因癌症、克罗恩病和其他相关炎症性肠病(IBD)而失去肠功能的人来说是个好消息。

使用iPSCs产生的组织的优点之一是，治疗过程将涉及患者自己的组织，因此消除了预防移植排斥的终生药物治疗的风险和费用。

然而，研究人员警告说，将实验室培养的组织替代转化为医疗实践还需要多年的进一步研究。与此同时，这一发现可能会有其他更直接的好处，加速药物开发和个性化医疗的概念。

目前开发新药的过程依赖于漫长而不完善的动物试验过程。来自实验室的有前景的化合物被用于模拟人类疾病和条件的动物试验。许多在老鼠身上被证明有效和安全的化合物在人类临床试验中被证明是不成功的。其他研究结果喜忧参半，一些患者群体明显受益于新药，但另一些患者则遭受了有害的副作用。

实验室培养的类器官有可能取代大部分动物试验阶段，使早期药物研究直接在人体组织上进行。研究人员说，直接进行人体组织测试可以缩短药物开发过程的时间。

目前发表在《自然》杂志上的这项研究代表了辛辛那提儿童医院多年来干细胞和类器官研究的最新进展，其中大部分是由James Wells博士和Noah Shroyer博士领导的。威尔斯是辛辛那提儿童医院发育生物学和内分泌学部门的科学家，也是多能干细胞中心的主任。Shroyer是消化病学、肝病学、营养学和发育生物学部门的科学家。