RIKEN研究人员通过“破解”某些指导胚胎结缔组织发育的信号通路，模拟了实验室中器官的形成，这些信号通路支持肝脏、肠道和其他器官的形成。除了阐明器官发育，这最终可能使医生能够为个体患者提供量身定制的治疗。

在实验室中重建器官形成的实验策略

内脏器官主要由胚胎上皮细胞形成——排列在身体表面的细胞。但最近的研究表明，这一过程涉及与最终产生循环系统、骨骼和各种结缔组织的间充质细胞的密切交流。

“间充质生态位细胞维持上皮干细胞，而间充质组织结构影响上皮细胞的命运，”RIKEN生物系统动力学研究中心的MitsuruMorimoto解释说。这表明胚胎不同区域的间充质细胞向上皮细胞提供不同的指令集，从而产生不同的器官。

2020年，辛辛那提儿童医院的AaronZorn领导的团队以单细胞分辨率系统地分析了发育中肠道中的基因表达。他们发现了在早期胚胎发育过程中活跃的特定信号通路，进而产生与体内不同器官相关的间充质谱系。

现在，通过利用这些知识，Morimoto和Zorn开发了一种实验室方案，可以选择性地激活这些途径，将人类干细胞转化为这些不同的间充质谱系。使用这种方法，他们能够生成间充质亚型，这些亚型有助于在细胞培养仅一周后产生肝脏、胃肠道或呼吸道组织。

最近加入Zorn实验室的Morimoto小组的研究员KeishiKishimoto热衷于将这种方法应用于再生医学。他说：“我们可以在实验室中使用这种方案和患者来源的干细胞来生成人类先天性疾病模型。”

辛辛那提儿童医院是研究类器官的主要中心——类器官是密切反映复杂器官关键结构和功能特征的3D细胞培养模型——岸本设想使用此类系统来了解各种基因突变如何破坏发育过程。

首先，他和Morimoto将研究气管食管瘘，这是一种食管和气管融合在一起的罕见病症，会造成潜在的严重呼吸问题。“我们将在实验室中通过创建前肠类器官并同时在一侧诱导气管和另一侧诱导食道来生成气管食管瘘类器官，”Morimoto说。