三维重组的干细胞衍生出来的器官样组织

细胞器是从实验室中生长出来的干细胞衍生出来的器官样组织，通常被称为微型器官。因为它们可以模仿人体器官的结构和功能，所以被认为是制造人造器官或开发新药的下一代技术。最近，韩国的一个研究小组引入了一种新的概念，称为组合器官，它超越了这些器官，在结构和功能上复制了人类组织。这些调查结果刊登在十二月十七日公布的《自然》期刊上。

患者源性膀胱肿瘤组合物，一种模拟人膀胱癌病理特征的体外肿瘤组织。Credit: Kunyoo Shin (POSTECH)

由POSTECH生命科学系的KunyooShin教授领导的一个小组开发了多层微型器官，称为组合器官。它通过三维重建干细胞中的各种单元格类型精确地模仿人体组织基质。这种组合是一种新的、创新的技术，它可以应对新一代发现的难治性疾病，将其作为病人定制的超越常规器官的人体器官来发现。

细胞器是类似于人体器官的微型器官。然而，目前的有机体技术基本限制它不能模仿器官的成熟结构，缺乏组织内的微环境。此外，人体组织中的各种细胞之间缺乏关键的相互作用。这一限制被认为是精确模拟各种顽固性疾病的一个主要问题。

为了克服这些限制，KunyooShin的团队开发了重组的体外人体器官，称为组合器官，这些器官具有上皮细胞、基质层和外肌细胞的组织结构。研究人员发现，在单个细胞水平上，这些组合与成熟的成体器官在细胞组成和基因表达上是完全相同的，并且它们模仿正常组织在体内对损伤的再生反应。

此外，研究小组还开发出了能完全模仿活体肿瘤的病理特征。利用这一结合基因工程技术的肿瘤组合平台，该团队揭示了来自肿瘤微环境的信号决定肿瘤细胞可塑性的新机制。这些发现表明肿瘤与基质之间的信号反馈细胞在控制肿瘤可塑性。这一发现将为各种侵袭性实体癌症的细胞分化疗法的发展提供一种新的模式。

“这些组合是世界上第一个体外重组的类细胞器，”该论文的第一作者金恩吉(EunjeeKim)解释道。她补充说：“我们可以精确地模拟各种复杂的顽固性疾病，如癌症、退行性疾病以及包括精神分裂症和自闭症在内的各种神经系统疾病，并了解这些疾病的发病机制，最终形成更好的治疗方案。”

“据我们所知，我们在结构和功能上再现原始组织病理生理学的组合的努力还没有被描述过，”领导这项研究的Shin教授评论道。他补充说：“产生这样的人工组织与现代研究特别相关，因为组织微环境在上皮组织稳态和各种肿瘤生长中的重要性正日益被人们所认识。我们预计我们的研究将开创一个新时代，这将彻底改变针对各种难治性疾病的患者定制个性化的进展。”

更多信息： Eunjee Kim et al, Creation of bladder assembloids mimicking tissue regeneration and cancer, Nature (2020). DOI: 10.1038/s41586-020-3034-x