改变游戏规则：一种更简单的3D培养——悬浮培养

人肠间皮标记物在基质凝胶、1%海藻酸盐和悬浮液中培养的类器官的比较。

在过去的十年里，研究人体基本发育和功能的科学家们经历了一次复兴，这要归功于一种被称为“类器官”的结构——由在培养皿中生长的多能干细胞发展而来的微型3D器官模型。

类器官来源于人类多能干细胞，可以诱导成人体的任何细胞类型，已成为了解人类发育和疾病的重要研究工具。它们使科学家们摆脱了培养中细胞的简单二维生长，并对各种器官(如肺、大脑和心脏)复杂的三维形态和功能提供了重要的见解。然而，在培养皿中培育微小器官是一个棘手的过程。

密歇根大学医学院实验室，由Jason Spence博士他开发了一种新的、非常简单的方法来培养肠的3D模型，从而增加了复杂性和组织结构。先期，发表在《Cell Reports》的报道，详细介绍了肠类器官现在如何包括组成浆膜间皮的细胞，浆膜间皮是肠的最外层的保护性层。这一层也被发现衬里了许多其他器官系统，并对生产非粘附表面的关键，使器官在腹腔内相对无摩擦运动。

过去的研究依赖于一种叫做基质凝胶（Matrigel）的支持性凝胶来培育各种类型的微型器官，这种凝胶形成了一个3D支架，可以让不同类型的细胞发育成一个类器官。

“Matrigel是类器官培养的黄金标准，但也有局限性，”Spence实验室的博士候选人、这项新研究的负责人Meghan Capeling解释说。“首先，Matrigel非常昂贵，5毫升的产品大约200美元。其次，它来自于小鼠肿瘤细胞，所以如果你考虑将其应用于临床，它不会很好地工作，因为它包含未知的生物成分，”Capeling说。

在2018年发表的一篇较早的论文中，Capeling和她的同事确定，肠道类器官可以在一种更简单、生物惰性的海藻酸盐凝胶中生长，因为它们可以形成自己的支持间充质细胞——在发育中的胎儿中，这种细胞会变成结缔组织和平滑肌。

这一发现让研究小组想知道这些细胞是否真的需要3D生长环境。他们决定，答案是否定的。在这篇新论文中，他们描述了他们在简单的悬浮培养中成功培育出的人类肠道类器官。

“它实际上看起来有点像珍珠奶茶，”Capeling说，“它只是一个充满生长介质的正常组织培养皿。(生长介质是一种液体，含有维持生命的化学物质和细胞生长所需的营养物质。)他们将悬浮的类器官与实际的人体组织，以及用母体胶和海藻酸盐形成的类器官进行了比较，发现它们在分子水平上看起来很相似。事实上，悬浮类器官更接近于实际的人体组织。

研究小组的下一步是观察这些漂浮的迷你肠是否真的能像发育中的人类肠道一样发挥作用，他们试图利用类器官来了解浆膜层是如何形成的，并指出，在人类发育的背景下，对这一过程知之甚少？Capeling说，研究小组询问了导致悬浮培养中形成浆膜的化学线索。

“这是第一批了解到可能在肠道绒毛膜的正常发育中发挥作用的特定调节因子的研究之一。”

考虑到绒毛膜的异常发育会导致先天性缺陷，研究小组希望利用类器官来揭示这一组织层是如何正常形成的。Capeling和研究小组使用药物阻断特定蛋白质的活性，发现了两种途径，即Wnt和Hedgehog，它们对绒毛膜的正常形成至关重要。虽然悬浮法总体上减少了类器官，但对于使用人类多能干细胞的研究人员来说，这种方法可能会改变游戏规则。该团队希望，悬浮培养将打开更大规模的类器官实验的可能性，并将成为研究人类发育和疾病的一种改进系统。

“Suspension culture promotes serosal mesothelial development in human intestinal organoids,” Cell Reports. DOI: 10.1016/j.celrep.2022.110379