寻找遗传稳定的生物工程肠道和肝脏组织向前迈进了一步

原创 维港健康_编辑方  2018-03-16 15:57  阅读 67 次
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在医学科学能够在实验室中对人体器官进行生物工程学治疗之前,剩下的两个障碍是确保遗传稳定性 - 因此器官没有肿瘤生长的风险 - 并且产生足够体积和大小的器官组织以便可移植到人体中。

来自辛辛那提干细胞和类固醇医学儿童中心和横滨城市大学(YCU)的科学家在Stem Cell Reports中报道,通过生物工程化人类肠道和肝脏组织的新生产方法实现了两个目标。

研究人员首先使用包括基因FGF,TGF和WNT的遗传和生化操作的多步过程,其将人诱导的多能干细胞(iPS)转化为CDX2阳性后肠内胚层祖细胞(PGEC)。该研究的首席研究员兼辛辛那提儿童医院和YCU的医师Takanori Takebe医师表示,该方案旨在模拟自然胚胎发育,而CDX2是肠道组织中发现的一种分子标记。

虽然PGEC仍处于胚胎发育阶段,但它们已经被编程以形成胃肠(GI)道。然而,在这一点上,它们并不是通过基因排队来形成胃,肝或肠。

接下来,研究人员使用额外的渐进遗传和生化操作系列,告诉PGECs形成人类后肠和肝脏类器官。

第一作者Ran-Ran Zhang博士说:“与胃肠类器官和由诱导多能干细胞直接产生的肝脏相比,PGECs的产生能够稳定和稳定地形成不同的组织GI类型,而不会导致称为畸胎瘤的良性肿瘤。辛辛那提儿童研究员。“我们的数据还显示,从PGECs生长出来的肝脏器官可以移植到患有肝病的免疫缺陷小鼠体内,并且功能良好,可以预防肝衰竭。”

研究数据表明,大约20%未接受肝脏器官移植的小鼠仍然存活了30天,而接受移植的小鼠中大约有60%存活。

建立一个更好的器官

诱导多能干细胞(iPS)起初是成人细胞,如成熟的皮肤细胞。它们在遗传和生物化学上重新编程起到胚胎干细胞的作用。IPS细胞有可能成为人体内的任何细胞类型。这使得它们成为研究人类疾病以及胃肠道等特定器官系统的实验室生长人体组织的不可或缺的研究工具。

但直接从它们生长的iPS细胞和器官组织易于发生遗传变异和染色体不稳定性,从而带来肿瘤形成的可能性。Takebe和他的合着者说,使用iPS细胞直接生长的器官组织需要采用不同的方法。

在过去的研究中使用祖细胞产生了人类类固醇,例如本研究中产生的后肠内胚层祖细胞。研究数据表明祖细胞比iPS细胞更具遗传稳定性。但以前的研究表明,从祖细胞生物工程化类器官包括使用动物副产品(试剂和其他物质)。据研究人员说,这使得所得到的类器官在人身上不适合用于治疗。

在这项研究中,研究人员避免在整个生物工程过程中使用动物副产品。这包括iPS细胞的初始编程,然后它们随后排队成为后肠内胚层细胞。

规模的重要性

目前的生物工程技术可以安全地生长人体肝脏组织,以模拟和研究特定疾病(如脂肪肝疾病)的进展,并测试可以治疗它们的药物。但对于实验室产生的肝脏类器官和其他胃肠类器官如肠,患者的治疗可行性需要该组织具有高重现性并能够足够长的生长。他们还必须运转良好,治疗或治疗疾病。

目前研究中PEGC衍生的肝脏器官组织的量足以用于小鼠移植。他们还展示了生产高功能肝细胞的能力,这使得微型肝脏能够过滤体内毒素,即器官的主要作用。这部分表现为移植肝脏类固醇的实验室小鼠的存活率显着提高。

PGEC衍生的类器官还表现出广泛的扩张和伸长潜力。在实验室细胞培养板中,由研究人员生成的无​​饲养细胞的PEGCs在重新接种20次后乘以1021,证明了它们的大规模生产潜力。

在这项研究之后,研究人员继续完善生物工程过程,重点放在肝脏器官上。Takebe说,该研究小组正在与日本国家儿童健康与发展中心合作,正在准备临床试验,将生物工程肝脏移植入患者体内。

这项研究的资金支持部分来自日本的医学研究和开发机构,日本科学技术局的PRESTO和日本的日本文部科学省(24106510和24689052,21249071, 25253079)。竹武是纽约干细胞基金会罗伯逊研究员。

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