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Nature:科学家在培养皿中诱导出有消化作用的人类胃组织

2017/01/06 来源:生物探索
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导读
1月4日Nature上在线报道了美国辛辛那提儿童医院医学中心的研究人员用多能干细胞在培养皿中生成胃的本体/基底区域的,能产生酸和消化酶的人类胃组织。


科学家用多能干细胞在培养皿中生成能产生酸和消化酶的人类胃组织。1月4日,他们在Nature上在线报道了他们的研究结果。这些美国辛辛那提儿童医院医学中心的研究人员从胃的本体/基底区域培养组织。这项研究是在他们获得胃的激素生成区(胃窦)两年后进行的。

这一发现意味着研究人员现在可以培养人类胃部的两个部分来研究疾病,建立新的治疗方法,并以前所未有的方式理解人类的发展和健康。

通讯作者Jim Wells博士说:“现在我们可以培养胃窦和本体/基底型的人胃迷你器官。这让研究人胃组织生理上是如何相互作用的,如何对感染、损伤和药物治疗的反应不同而成为可能。胃癌是全世界癌症相关死亡的第三个主导因素。”

通讯作者有一系列肠胃道类器官的成果

Well实验室的研究包含了从2010年开始的一系列发现:运用人的多能干细胞(hPSC)来构建人的胃肠部,使用这些组织来分析人类胃肠道疾病的原因和治疗方法。其中包括了2016年11月21日出版的Nature Medicine:科学家用肠道神经系统产生人体肠道。这些功能强大的组织能够吸收营养物质并表现出蠕动,使食物从胃肠道一端向另一端移动的肠肌收缩。

Well实验室的主要焦点是研究胚胎发育过程中器官如何形成。包括食道,胃,胰腺和肠。Well和他的同事们已经在为像单基因糖尿病和Hirschsprung病的遗传形式的疾病找到新的治疗方法上特别感兴趣。

从胃在胚胎中如何发育开始研究

目前研究中遇到的一个主要挑战是缺乏对胃在胚胎发育过程中正常形成的基本知识。

Well解释道:“直到我们首先确定胃在胚胎中是如何正常形成前,我们在培养皿中都没有办法构建人的胃组织。”为了填补这一空白,研究人员用小鼠研究了胃的胚胎发育背后的遗传学。

在这样做时,他们发现了一种基本的遗传通路(Wnt /β-catenin)在小鼠胃本体/基底区域的发展中起着至关重要的作用。在此之后,研究者在培养皿中调节Wnt /β-catenin促进从多能干细胞形成人的基底类器官。

研究作者随后进一步完善了这一过程,确定了驱动关键胃基底的细胞类型形成的其它分子信号通路。这些包括主要的产生一个关键的消化酶——胃蛋白酶的细胞,被称为胃壁细胞。胃壁细胞分泌帮助消化的盐酸和内在因子帮助肠道吸收维生素B12,这是制造血细胞和保持健康的神经系统的关键。

Well说,在培养皿中干细胞形成胃基底组织大约需要六周。

研究成果转化方向

研究人员现在计划研究组织工程产生的人胃类器官通过移植到小鼠模型,来模拟人类的胃疾病的能力。特别是,Well和他的合作者辛辛那提大学的Yana Zavros博士,想探讨基底类器官感染幽门螺杆菌后的反应。因为幽门螺杆菌引起慢性胃炎、胃溃疡,是胃癌发生发展的主要危险因素。

胃类器官也可用于和肠类器官相结合,研究人体如何控制适当的消化和营养物质的吸收,以及各种其它影响胃肠道的医学状况:包括胃肠动力障碍、炎症性疾病、药物吸收研究和研究有益的(益生菌)、以及有害的微生物。

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