美國佐治亞理工學(xué)院和密歇根大學(xué)的研究人員將人工合成的水凝膠與類器官的復(fù)雜腸組織（由人類多能干細(xì)胞形成）結(jié)合在一起，開發(fā)出控制這些組織生長，以及利用它們治療消化系統(tǒng)損傷的新技術(shù)。消化系統(tǒng)損傷通常由炎性腸道疾病(IBD)引起，這一技術(shù)使他們向著成功又邁出重要一步。這項研究發(fā)布在《自然細(xì)胞生物學(xué)》雜志上。
研究人員利用合成的水凝膠構(gòu)建了一個稱謂基質(zhì)的3D生長環(huán)境，它能夠為類器官的生長提供最優(yōu)的物理和生化支持。在過去，創(chuàng)造這種生長環(huán)境的方法是，使用來源于腫瘤細(xì)胞系的天然基質(zhì)，該方法由密歇根大學(xué)內(nèi)科醫(yī)學(xué)副教授Jason Spence發(fā)明。在臨床應(yīng)用動物產(chǎn)品面臨著巨大的挑戰(zhàn)，因為這有可能導(dǎo)致人畜共患傳染。
研究人員Asma Nusrat和密歇根大學(xué)醫(yī)學(xué)院實驗病理學(xué)教授Aldred Scott Warthin指出：“使用來源于小鼠腫瘤的基質(zhì)將限制這些類器官技術(shù)未來在人類身上的應(yīng)用，而這項工作為尤其適用于臨床應(yīng)用的研究打開了大門！
除了能夠使類器官在組織培養(yǎng)孵化器中的人工水凝膠中生長之外，該研究團(tuán)隊還聲稱，這種水凝膠可以像膠水一樣，當(dāng)它被植入到小鼠受傷的腸道中時，能夠固定住類器官并促進(jìn)傷口愈合。這項技術(shù)的成功為修復(fù)人類腸道損傷提供了新的療法，甚至還有可能修復(fù)其他器官。
佐治亞理工學(xué)院機械工程學(xué)院的Andrés J. García教授說：“我們發(fā)現(xiàn)，水凝膠基質(zhì)可以幫助人類腸道類器官（HIO）移植到腸道組織上，HIO能分化成腸道組織并加速傷口愈合。這項工作對使用來源于干細(xì)胞的人類腸道類器官的療法進(jìn)行了概念驗證！
植入到動物體內(nèi)之后，在水凝膠基質(zhì)中形成的人類腸道類器官（HIO）分化成為成熟的腸組織，并在移植到動物體內(nèi)后呈現(xiàn)特殊的人類腸細(xì)胞類型，如腸內(nèi)分泌細(xì)胞(CHGA，紅色)。
因為這種水凝膠基于明確的合成材料，它們具有在未來應(yīng)用于人體治療的優(yōu)勢。
密歇根大學(xué)博士后研究人員Miguel Quirós說：“這種人工生物合成的水凝膠的特性十分明確，因此在未來使用HIO的治療中，它非常適用于人類患者！ Nusrat補充說：“在這項工作中，我們證實，水凝膠可以促使HIO植入到受傷的腸道組織中，這表明該技術(shù)對于治療因炎癥腸道疾病而引起的腸道損傷非常有意義！
由佐治亞理工學(xué)院開發(fā)了這種合成基質(zhì)可以被很容易地修改，滿足被培養(yǎng)細(xì)胞的需求。比如，該學(xué)院的研究生Ricardo Cruz-Acu?a首先對多種組合進(jìn)行了實驗，最后才發(fā)現(xiàn)，由96%的水和一種特殊細(xì)胞粘附肽組成的凝膠對于HIO是最理想的。
Quirós和Cruz-Acu?a利用一個小型結(jié)腸鏡，將該凝膠和類器官投遞到免疫缺陷小鼠受傷腸道的傷口處。被植入的細(xì)胞打上了標(biāo)記，所以之后可以對其進(jìn)行檢測。四周之后，這些HIO完全移植到了受傷的區(qū)域，形成了類似正常組織的三維結(jié)構(gòu)。而人工合成的凝膠消失了，被細(xì)胞自己生成的天然細(xì)胞外基質(zhì)所替代。
García說：“由于我們的水凝膠系統(tǒng)很容易修改，我們可以修改其他的參數(shù)來生成支持多種細(xì)胞或類器官的機械和生物特性。對于不同應(yīng)用的其他細(xì)胞來說，這些特性可能是不同的。”
接下來的工作中，研究人員將在免疫系統(tǒng)正常和不正常的動物模型中對他們的水凝膠基質(zhì)進(jìn)行測試。他們還需要優(yōu)化包含HIO的水凝膠基質(zhì)的給藥方法，以替代在研究中使用的費時費力的技術(shù)。García, Nusrat和Spence認(rèn)為，在人類試驗開展之前，大規(guī)模動物試驗是必要的。
除了腸道治療外，研究人員還在研究利用這種水凝膠將類器官投遞到受損的腎臟和肺臟中。
論文鏈接：http://www.nature.com/ncb/journal/vaop/ncurrent/full/ncb3632.html
