革命性的模块化类器官，更好地再现器官发育

　　日本理化学研究所（RIKEN）Masaya Hagiwara领导的团队近日开发出一种巧妙的设备，利用立方体结构中的水凝胶层，研究人员无需复杂的技术就能构建复杂的3D类器官。

　　

日本理化学研究所（RIKEN）Masaya Hagiwara领导的团队近日开发出一种巧妙的设备，利用立方体结构中的水凝胶层，研究人员无需复杂的技术就能构建复杂的3D类器官。这项成果于3月下旬发表在《Communications Biology》杂志上。

研究团队还展示了使用这种设备构建类器官的能力，这些类器官忠实地再现了生物实际发育的特征——不对称基因表达。这种设备有望彻底改变我们测试药物的方式，也可以帮助人们了解组织如何发育，从而培育出更好的人造器官。

长期以来，科学家们一直在努力培育类器官（也就是在实验室中生长的类似器官的组织），以复制真正的生物发育。类器官的培育对于药物开发非常重要，因为有必要了解药物如何在各种组织中移动。类器官还可以帮助我们深入了解发育本身，甚至培育出整个器官来造福患者。

然而，类器官的培养并不是一件简单的事。在自然界中，组织通过化学梯度和物理支架，引导细胞进入特定的3D模式。相比之下，实验室培养的类器官要么是让细胞在均质的条件下生长，形成简单的细胞球，要么使用3D打印或微流控技术，这都需要复杂的设备和技术。

不过，日本理化学研究所的研究人员不久前开发出一种新技术。利用这种创新技术，他们能够控制立方体内的细胞周围环境，而所需设备只不过是一支移液器。

这种方法是在立方体形状的培养容器内注入物理和化学性质不同的水凝胶层。他们使用移液器将不同的水凝胶插入支架中，并利用表面张力使其保持在原位。细胞也被接种到立方体的指定位置，然后转移到立方体梯度芯片中，从而创建一系列组织类型。

在这项最新的研究中，研究团队还展示了重建体轴模式的能力。当脊椎动物发育时，大体上会有一个头部/后部以及背部/胃部的细胞分化模式。尽管这对于构建能够忠实再现生物体内实际情况的类器官很重要，但在实验室中很难实现。

如今，利用基于立方体的系统，研究人员能够重现这种模式。他们采用模具盖在立方体内精确接种一组诱导多能干细胞（iPSC），然后让细胞暴露在两种不同生长因子的梯度中。他们甚至“招募”了一名实验室助理和一名初中生来成功完成这项工作，表明细胞的接种不需要很高的专业技能。研究小组还证明，生成的组织可以被切片成像，并且仍然保持梯度方向的信息。

Hagiwara博士表示：“我们对这些成就感到非常兴奋，因为新系统将帮助研究人员迅速重建更接近生物体内器官发育方式的类器官。我们希望更多的研究人员将使用我们的方法来创建各种新的类器官，并为不同器官系统的研究做出贡献。最终，我们希望这将帮助我们了解如何构建真正的人造器官，以便造福患者。”

Hagiwara博士于2019年加入RIKEN。他的研究重点是肺部发育，但他强调，这项技术也可以用来构建其他类型的类器官。

原文检索

Koh, I., Hagiwara, M. Gradient to sectioning CUBE workflow for the generation and imaging of organoids with localized differentiation. Commun Biol 6, 299 (2023). https://doi.org/10.1038/s42003-023-04694-5