用水凝胶创造的简单但革命性的模块化类器官

日本RIKEN国家科学研究所的MasayaHagiwara领导的团队开发了一种巧妙的装置，在立方体结构中使用水凝胶层，使研究人员无需使用复杂的技术即可构建复杂的3D类器官。该小组最近还展示了使用该设备构建类器官的能力，这些类器官忠实地再现了表征生物体实际发育的不对称基因表达。该设备有可能彻底改变我们测试药物的方式，还可以提供对组织如何发育的见解，并导致更好的人造器官生长技术。

长期以来，科学家们一直在努力创造类器官——在实验室中培养的类器官组织——以复制实际的生物发育。创建功能类似于真实组织的类器官对于开发药物很重要，因为有必要了解药物如何在各种组织中移动。类器官还可以帮助我们深入了解发育过程本身，并且是培养可以帮助患者的完整器官的垫脚石。

然而，事实证明，创造栩栩如生的类器官很困难。在自然界中，组织通过精心设计的舞蹈发育，其中涉及化学梯度和引导细胞进入特定3D模式的物理支架。相比之下，实验室培养的类器官通常通过让细胞在均质条件下生长——创造类似细胞的简单球——或通过使用3D打印或微流体技术来开发，这两者都需要复杂的设备和技术技能。

但是现在，在AdvancedMaterialsTechnologies上发表的一篇初始论文中，RIKEN先锋研究集群的小组宣布开发了一种新的创新技术，使他们能够在空间上控制基于立方体的细胞群周围的环境，仅使用比吸管更精致。

该方法涉及将具有不同物理和化学性质的水凝胶层(主要由水组成的物质)限制在立方体培养容器内。在这项研究中，使用移液管将不同的水凝胶插入支架中，并根据表面张力将其固定在适当的位置。细胞可以被插入到立方体中，既可以在单个水凝胶内，也可以作为可以移动到不同层的颗粒，从而可以创建一系列组织类型。

信用：RIKEN

在发表于CommunicationsBiology的第二篇论文中，该小组还展示了重建所谓的体轴图案的能力。本质上，当脊椎动物发育时，细胞分化存在头部/背部和背部/胃部模式。尽管对于创建忠实地重现实际生物体中发生的事情的类器官很重要，但这在实验室中很难实现。

在这项工作中，使用基于立方体的系统，该小组能够重新创建这种图案，使用模具盖在立方体中精确地接种一组诱导多能干细胞(iPSC)，然后让细胞暴露于两种不同生长因子的梯度。他们甚至“招募”了一名实验室助理和一名初中生来成功完成这项工作，表明细胞的播种不需要高水平的专业知识。该团队还证明，可以将生成的组织切片进行成像，并且仍然保留有关梯度方向的信息。

Hagiwara说，“我们对这些成就感到非常兴奋，因为新系统将使研究人员能够快速且没有困难的技术障碍，重建更类似于器官在实际生物体中发育的方式的类器官。我们希望许多研究人员将使用我们的方法来创建各种新的类器官，并为不同器官系统的研究做出贡献。最终，我们希望它也有助于了解我们如何构建可以帮助患者的实际人造器官。”