胎儿肠道发育研究的良好工具

　　辛辛那提儿童医院的研究小组报告称，实验室培养的被称为类器官的组织准确地模拟了人类肠道的关键发育阶段。

　　

   

   

最上面一行显示的是胎儿肠道随时间变化的显微切片。下一行为小鼠移植后的类器官发育。箭头表示绒毛形成，*表示形成新的肌肉层，箭头表示隐窝发育。GW8和tHIO 2wk时呈圆形肌形态，GW11和tHIO 4wk时呈纵向肌形态，GW13和tHIO 6wk时呈粘膜肌层形态

通过多年对鱼类、青蛙和啮齿动物的研究，以及对单个人体细胞的详细探索，发育生物学家已经了解了很多关于人类消化道功能的知识。但没有什么能与研究实际的人体器官系统形成过程中所获得的知识相媲美。

然而，出于显而易见的原因，对正在发育的人类胎儿进行实验既不道德又非法。

现在，由辛辛那提儿童医院的研究人员领导的一项研究，于2023年4月18日在线发表在《Development》杂志上，报告称，实验室培养的被称为类器官的组织准确地模拟了人类肠道的关键发育阶段。

该研究的通讯作者医学博士Michael Helmrath说：“实现这一步很重要，因为我们知道许多人类条件不能在动物模型中复制，我们也不能从研究不作为一个系统一起工作的人类细胞中了解我们想知道的一切。现在我们有了一个功能组织的来源，可以在不涉及任何胎儿组织的情况下以多种方式进行研究。”

Helmrath是辛辛那提儿童医院外科研究主任，也是干细胞和类器官医学中心(CuSTOM)的联合主任。十多年来，他一直致力于研究和改进肠道类器官，以用于研究和潜在的人体移植。

2010年，辛辛那提儿童医院(Cincinnati Children’s)的James Wells领导的一个团队成功地利用诱导多能干细胞培育出了世界上第一个功能性的人类肠道类器官。从那以后，Wells、Helmrath和同事们一直在改进这个模型，通过结合肠道神经系统和免疫细胞来复制人类肠道，从而增加了复杂性。

在他们的最新研究中，Helmrath，第一作者Akaljot Singh和11位共同作者表明，移植到小鼠体内的类器官(提供血液供应和生长空间)遵循与人类胎儿肠道生长相同的时间和空间发育步骤。

该团队使用RNA测序和其他技术来跟踪特定细胞类型和关键组织结构的形成，在培养皿中培养四周，然后在移植后2周、4周、6周和8周收获。他们表明，老鼠体内的类器官模仿人类在妊娠8到18周的发育。

“我们的研究结果表明，tHIOs(移植的人类肠道类器官)是研究人类胎儿肠道发育的一个代理。它们在形态学水平、转录水平和蛋白质组学水平上模仿人类胎儿肠道的发育。”

为什么肠道类器官很重要?

我们的肠道不仅仅是帮助消化食物。它们在我们对有害入侵者的免疫反应中起着核心作用。它们还寄生着共生(友好)细菌和真菌，这些细菌和真菌会影响我们的免疫反应和新陈代谢。

更准确地了解肠道发育如何以及何时偏离轨道，可以为许多疾病提供新的线索，包括出生缺陷、消化系统疾病、肥胖和过敏风险。健康的肠道类器官和表现出疾病状况的肠道类器官都可以作为改进的测试平台，用于评估几乎任何针对任何健康问题的口服药物的安全性和有效性。

下一步

Helmrath说，需要更多的研究来验证在本研究中难以分析的某些细胞类型亚群的类器官发育模型。

但是，随着在小鼠体内生长的人类类器官可以作为胎儿发育的代表这一概念的确立，Helmrath预测将会有一波研究开始使用它们。

Helmrath说:“这项研究已经确定了一些我们以前没有认识到的细胞群，包括那些帮助引导肌肉收缩、绒毛形成和血管发育的细胞。在未来的几年里，我们希望tHIOs能够支持来自世界各地许多实验室的更多发现。”

Transplanted human intestinal organoids: A resource for modeling human intestinal development