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近年来科学家们如何利用“迷你”组织来帮助改善人类健康研究?
发布日期:2020-11-17 17:25   来源:未知   阅读:

  近年来,随着科学家们研究的不断深入,他们开发了多种“迷你”组织来助力其研究进展并改善人类健康,本文中,小编就对相关重要研究成果进行整理,分享给大家!

  【1】Nature:用迷你类器官研究SARS-CoV-2如何破坏人体并造成死亡!

  SARS-CoV-2这种病毒可以损害在实验室中生长的肺、肝和肾组织,这可能解释了COVID-19在人类中出现一些严重并发症的原因。研究人员正在实验室培育微型器官,以研究新型冠状病毒如何破坏人体。对这些类器官的研究揭示了病毒在入侵器官方面的多样性,从肺部到肝脏、肾脏和肠道。研究人员还在这些微型组织中进行药物试验,以确定这些疗法是否可以用于治疗人类。医生从住院病人和尸检中得知,SARS-CoV-2可能对器官造成毁灭性的影响。但目前还不清楚这种损害是由病毒直接造成的,还是由感染的继发性并发症造成的。多个研究小组正在使用类器官研究来显示病毒在体内的何处传播,它感染了哪些细胞以及它对哪些细胞造成了损害。

  德国美因茨约翰内斯古腾堡大学的细胞生物学家Thomas Efferth表示:类器官的美妙之处在于它们类似于组织的真实形态。病毒学家通常使用细胞系或在培养皿中培养的动物细胞来研究病毒。但是研究人员说,这些不能很好地模拟SARS-CoV-2感染,因为它们不能模拟体内发生的事情。西班牙巴塞罗那加泰罗尼亚生物工程研究所的生物学家Núria Montserrat说,有机体更好地证明了SARS-CoV-2对人体组织的作用。Montserrat说,它们可以生长成包括多种细胞类型的细胞,并在几周内形成原始器官的形状。它们也比动物模型便宜,而且避免了它们带来的伦理问题。

  近日,来自波鸿鲁尔大学等机构的科学家们想要通过利用干细胞衍生的类器官来研究SARS-CoV-2的感染过程并识别出潜在的抗病毒物质;为了能够在最自然的条件下研究新型冠状病毒感染的细节,研究人员使用分化的人类肺部类器官进行研究,这种方法就能帮助他们在高通量的筛选过程中进行多种活性物质的检测,这项名为“SARS-Cov-2感染人类肺部类器官的分析”(Analysis of SARS-Cov-2 infected human lung organoids)由研究者Thorsten Muller等人进行。

  与胚胎相似,类器官来源于诱导多能干细胞,与研究者此前使用的动物模型和基于人类肺部组织的细胞培养物相比,类器官拥有多项优势,即其来自于人类细胞,能被大量生产,而且具有相同的遗传背景,因此,其之间就没有了来自不同捐赠者可能造成的差异。这种类器官能组成一种可靠的3-D模型,从而帮助研究人员研究肺部组织中不同细胞类型之间的复杂相互作用,研究者的目的就是将模型优化为一种较低变异率的高通量方法,从而研究SARS-Cov-2的感染,研究者Muller表示,目前研究小组非常感兴趣研究病毒的复制、COVID-19的发生、炎性机制及肺部组织中免疫信使物质的释放。

  在实验室中,将细胞簇组装成为人类微型大脑版本的技术正在引起越来越多科学家们的关注,这些由干细胞转化而成的大脑类器官(brain organoids)能为人类大脑提供无与伦比的洞察力,而众所周知,这是很难进行研究的。但有些研究人员担心,这些迷你大脑可能会产生某种形式的意识,有时候其甚至还会移植到动物机体中,期至少能够感知痛苦和被困的程度,如果这是正确的,那么在我们考虑使其成为可能性之前,我们必须极其谨慎地思考这个问题。

  相比人类大脑而言,大脑类器官相对简单,其无法以同样的方式产生意识,由于缺乏血液供应,这些大脑类器官的尺寸不会超过5毫米或6毫米,也就是说,其能够产生类似于早产儿的脑电波,有研究表明,其能够生长对光产生反应的神经网络。也有迹象表明,诸如此类类器官能与动物的其它器官和受体相连接,这意味着大脑类器官不仅有可能成为有知觉的器官,还能够通过收集感知信息与外部世界进行交流,也许有一天,其能通过声音设备或数字输出产生一定的反应。在动物体内或是在人工生物环境中制造出迷你大脑让我们或许有所恐慌,研究者认为,这在道德上的影响或许远远超出了当事者制造迷你大脑的痛苦,如果研究人员创造出了一个大脑,不管其有多小,其都有能力处理信息,只要有足够的时间和信息输入,其就有可能拥有独立思考的能力。

  【4】Cell Metabol:首次在实验室中培育出转基因迷你肝脏组织 有望帮助研究肝脏疾病及开发新型疗法

  近日,一项刊登在国际杂志Cell Metabolism上的研究报告中,来自匹兹堡大学的科学家们通过研究在实验室中首次培育出了转基因(遗传修饰,genetically modified)的微型人类肝脏,其或有望帮助模拟人类肝脏疾病的进展及新型疗法的开发。文章中,研究者阐明了他们如何将遗传工程化的人类细胞转化称为功能性的3D肝脏组织,这些肝脏组织能够模拟费酒精性脂肪肝(NAFLD,non-alcoholic fatty liver disease),非酒精性脂肪肝是一种脂肪堆积的肝脏疾病,其常常会引发肝硬化甚至肝脏功能衰竭等,如今随着美国人群肥胖率不断上升,非酒精性脂肪肝已经成为了引发慢性肝脏疾病的主要原因。

  医学博士Alejandro Soto-Gutierrez说道,这项研究中,我们在实验室中首次利用干细胞制造出了遗传工程化的人类模拟肝脏组织(疾病状态),这非常重要,因为其不仅能帮助我们理解诱发肝脏疾病及肝脏疾病进展的机制,同时还能帮助开发新型治疗手段,目前开发的很多药物尽管在小鼠身上有很少的疗效,但在临床试验中常常是无效或者失败的;比如,药物白藜芦醇,其就能在小鼠模型中发挥有效作用,然而在人类临床试验中却并无效果,白藜芦醇能够对与非酒精性脂肪肝相关的SIRT1蛋白发挥作用。

  来自Hubrecht研究所和Radboud大学的研究人员开发了一种人体模型,他们使用类器官或小器官来研究肝癌中突变的特定基因的功能。使用这种方法,他们发现BAP1(一种通常在肝癌中发生突变的基因)的突变会改变细胞的行为,这可能使它们更容易被侵入。他们的研究结果发表在Cell Stem Cell杂志上。

  类器官是可以在实验室中生长的微型器官,来自各种器官的非常小的组织。它们已经在癌症研究中使用了几年,主要是通过比较源自健康器官的类器官与源自肿瘤的类器官。然而,该方法不适合于研究已知在癌症中发生突变的特定基因的功能和作用。为了更多地了解肿瘤形成,需要一种新的模型。

  【6】BMC Devel Biol:科学家有望开发出更为复杂的迷你大脑类器官

  近日,一项刊登在国际杂志BMC Developmental Biology上的研究报告中,来自里约热内卢联邦大学等机构的科学家们通过研究了一系列步骤,从而制造出了能展示大脑区域结构的类器官,包括视网膜色素细胞等。人类大脑类器官是由来自细胞重编程所获得的神经细胞所聚集而成,这项研究中,研究人员将来自志愿者机体皮肤或尿液中提取的细胞转化成为干细胞、神经元以及其它类型的神经细胞,这些细胞会被培养数周,直至其开始形成能与胚胎大脑相似的附聚物。

  在过去很多年里,科学家们都尝试完美模型以便能够开发出更为复杂且能与类似于发育后期阶段的类器官,2016年,研究人员通过研究研究培育除了人类大脑的类器官,并以其为基础来研究神经性疾病及新型药物对机体神经系统的影响效应。研究者将神经细胞置于一种富含营养的液体中(类似于人类胚胎中的发育环境),随后这些迷你大脑组织就开始以一种自我调节的过程来发育,换句话说,研究者必须保证其有更为合适的环境来发育。

  【7】Nat Biotechnol:科学家成功利用尿液细胞开发出迷你肾脏组织

  近日,来自乌得勒支大学的科学家们通过研究成功利用机体的尿液细胞制造出了肾脏类器官,相关研究结果刊登于国际杂志Nature Biotechnology 上,有望帮助开发治疗减轻肾脏疾病患者负担的新型治疗方法。近些年来随着干细胞研究的飞速发展,如今研究人员在实验室中就能培育出迷你肠道组织、肝脏、肺脏和胰腺组织,最近研究人员能够通过所谓的多能干细胞制造出迷你肾脏组织,这项研究中,研究人员首次利用来自患者机体的成体干细胞寻找治疗肾脏疾病的新疗法。

  实验室制造出的迷你肾脏组织看起来并不像正常的肾脏组织,但这种简单的细胞结构与真正的肾脏组织有着许多共同的特征,因此这项研究中,研究人员就利用这些简单的细胞来研究特定的肾脏疾病,研究者Hans Clevers教授说道,我们能利用开发出的模拟肾脏组织来模拟多种疾病,比如遗传性肾脏疾病、感染和癌症等,这就能帮助我们深入研究多种疾病的发生机制,从而开发出治疗诸如肾脏疾病等多种疾病的新型疗法。

  【8】Nature双重磅:科学家开发出新型“迷你胎盘” 有望揭秘人类孕早期发生的奥秘

  近日,刊登在国际杂志Nature上的两篇研究报告中,来自剑桥大学等机构的科学家们通过研究开发了一种新型的迷你胎盘组织(mini-placentas),即早期胎盘的细胞模型,这或许能帮助研究人员深入研究孕早期的事件以及理解人类机体生殖系统障碍发生的机制。

  许多妊娠失败都是因为胚胎没有正确地植入到子宫内壁,也并没有在母体子宫内部形成合适的胎盘组织,然而由于研究机体早期发育具有较高的复杂性,因此目前研究人员并不清楚胚胎早期发育的很多事件,而且动物模型与人类不太相似,因此其无法帮助科学家们研究胎盘发育和植入的机制。研究者Margherita Turco教授说道,胎盘对于支持胎儿在母体内的生长非常重要,当其功能异常时就会诱发严重问题,比如先兆子痫和流产等,目前由于缺少良好的实验模型,因此研究人员在该领域的研究数据非常有限。

  【9】Neuroreports:突破!科学家破解神经科学研究难题!成功使迷你大脑长出血管

  一组来自加州大学戴维斯分校的研究人员成功地在神经类器官上长出毛细血管。在他们近日发表在NeuroReport杂志上的文章中,研究人员描述了他们如何在类器官中长出血管,他们希望这项研究可以在将来某天帮助治疗脑损伤的病人。

  类器官是一大团人工生长的细胞,可以代表人类的某些器官。类器官使得科学家们可以在人类活器官高度仿真的器官上进行研究,而不是使用真实的器官。医学科学家们还希望在将来某天,这样的研究可以带来从病人细胞长出来的类器官替代受损的器官。这个领域的研究方向之一就涉及神经细胞类器官的生长,也叫作迷你大脑。它们当然不是真实的大脑,它们不能思考、加工信息或者产生意识(至少现在还不能)。但是它们具有大脑样的结构,使得研究人员可以在临床试验之前检测药物,观察药物如何影响脑细胞。

  最近,来自休斯顿Methodist研究所的研究者们利用人源干细胞开发出了微型大脑,这一技术能够帮助他们快速寻找修复神经系统损伤或治疗大脑、脊椎神经疾病的方法。来自Methodist研究所的神经学家Robert Krencik等人开发出的这一系统能够减少建立大脑模型所需的时间,进而帮助他们更快速地筛选药物前体或寻找疾病发生的遗传突变。相关结果发表在Stem Cell Reports杂志上。

  研究者表示,我们始终认为此前在实验室环境下建立的模型不足以准确地反应大脑中细胞的活动,因此,我们首次将这些细胞系统性地整合在一起,通过改变其形状的复杂度,最终形成了类似于大脑的结构。最终我们能够在实验室条件下对这一模型展开研究;那么为什么这种模型十分重要呢?作者认为常规实验室培养条件下的细胞都生长于平板上,因此其相互之间的连接是不充分的。这种不充分的连接使得神经细胞发育的不够成熟与复杂。然而,真实环境中细胞是高度复杂的,而且与周围细胞的连接也远远多于体外的常规培养系统。(生物谷

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