美国：研究人员首次利用干细胞培养出人类胚胎结肠
时间：2017-08-14
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利用干细胞的再生和分化能力，根据培养环境不同，科学家们已经培养出了胃组织、心脏、胚胎等组织器官。美国加州大学科学家阿利森·穆特里带领团队，甚至利用多名儿童乳牙中提取的干细胞暴露在包含几种生长因子的混合液中，培育出了各自的微型大脑。近日，辛辛那提儿童医院又带来了一项新的突破。
利用干细胞的再生和分化能力，根据培养环境不同，科学家们已经培养出了胃组织、心脏、胚胎等组织器官。美国加州大学科学家阿利森·穆特里带领团队，甚至利用多名儿童乳牙中提取的干细胞暴露在包含几种生长因子的混合液中，培育出了各自的微型大脑。近日，辛辛那提儿童医院又带来了一项新的突破。
此前，该团队已报道利用hPSCs诱导胚胎时期携带神经系统功能的小肠、胃窦和胃底等人体组织。然而，盲肠和结肠的体外组织诱导生成更具挑战——需要正确识别hPSCs诱导生成结肠类器官的遗传和分子编程，而现实中结肠胚胎发育数据相对匮乏。为了解决这个问题，研究人员在动物模型中进行了一系列后肠发育分子和遗传筛选，并且深入挖掘了包括GNCPro、TiGER、Human Protein Atlas在内的公共数据库，以确定人类结肠组织分子标记。进一步地，研究人员鉴定出富含AT序列特异结合蛋白2（special AT-rich sequence-binding protein 2，SATB2）是青蛙、老鼠和人类的天然后肠分子标记。由于青蛙、老鼠和人类SATB2蛋白质序列非常相似，研究人员大胆假设，青蛙和老鼠控制SATB2产生的分子信号也适用于SATB2+人类结肠类器官生成。通过分析青蛙、小鼠和人类干细胞表达图谱，发现BMP（bone morphogenetic protein，骨形态生成蛋白）信号在肠道SATB2+区活性较高。因此，使用SATB2作为标记，研究人员证实青蛙和老鼠结肠发育区发育需要BMP信号。于是，研究人员向hPSCs内加入BMP蛋白后3天，催生后肠HOX编码激活，随后指导hPSCs衍生肠管成长为人类结肠类器官。
为了测试该人类GI组织的体内活性，该结肠类器官被植入一只10周大的免疫系统受损小鼠肾囊内，并在活体组织内发现该组织的细胞能分泌人类结肠激素，并在小鼠体内经历了形态发生和组织成熟，展现出人类结肠组织分子、细胞和形态学特性。
该研究让后人得以利用人类建模系统对结肠疾病进行前所未有的细致研究。辛辛那提儿童多能干细胞研究中心主任James Wells博士还表示，这意味着距离功能性人造胃肠道组织移植更近了一步。
干细胞是人体内一种尚未分化的细胞，具有定向分化成为多种人体组织器官的能力。人成体干细胞中，牙髓干细胞的活性最强，是其他来源干细胞的三倍以上。牙髓干细胞也称口腔干细胞，提取于儿童智齿或成人智齿，提取后的牙髓干细胞可存储于牙齿银行，需要时可随时使用。