科學家們製造出人類的腸道內層,在器官芯片內再造活組織

科學家們製造出人類的腸道內層,在器官芯片內再造活組織

人體腸道內層的細胞,在放入腸芯片後,會像在人體內一樣形成腸摺疊。

研究人員已經證明,當把人的腸道內層細胞植入微工程腸芯片時,它們是如何在體外生成的,從而反映出活的組織,從而為藥物治療的個性化測試打開了大門。

這些發現有可能改變病人治療衰弱的、帶有遺傳成分的炎症性胃腸疾病的方式,如克羅恩病、潰瘍性結腸炎和腸易激綜合症。

科學家們可以利用患者自身的幹細胞在腸芯片上覆制腸粘膜,並在其上測試多種藥物,而不是讓患者接受可能昂貴、無效或有有害副作用的藥物治療。然後,科學家可以確定哪種藥物對病人的腸道效果最好。

這個進步將允許生物醫學科學家研究個體的腸道粘膜的功能控制的微環境,襯裡可以與免疫細胞相互作用,血細胞和藥物,醫學博士,助理教授羅伯特·巴雷特說,科學家在西奈理事會再生醫學研究所。巴雷特是這項研究的資深作者,發表在美國胃腸病學協會的《細胞和分子胃腸病學與肝臟病學》雜誌上。

”這種配對的生物學和工程學使我們能夠重建一個腸道組織相匹配的特定患者腸道不進行侵入性手術來獲取組織樣本,”克萊夫·斯文森主持說,博士,主任西奈理事會再生醫學研究所,該研究的作者之一。“我們可以製造無限數量的這種組織,並利用它們來評估潛在的治療方法。這是個性化醫療的一個重要進步。”

研究小組使用兩個先進技術產生和維持腸道粘膜:西奈提供了誘導多能幹細胞,或萬能,同時模擬提供其Intestine-Chip,靈活的聚合物製成的,功能的微小通道,可以排列著成千上萬的人類細胞。

為了製造iPSCs, Cedars-Sinai研究人員首先從一名成年人身上提取血液和皮膚細胞樣本。他們將這些細胞重新編程成誘導多能幹細胞,這種幹細胞類似於胚胎幹細胞,可以產生任何類型的體細胞。利用特殊的蛋白質和其他物質,科學家們刺激誘導多能幹細胞產生腸粘膜細胞。每個細胞都帶有獨特的遺傳指紋和捐獻原始細胞的成年人的特徵。這些新細胞被用來生長人體腸道內壁的微縮版,即所謂的類有機體。

科學家們製造出人類的腸道內層,在器官芯片內再造活組織

微工程的有機芯片是由一種柔性聚合物製成的,這種聚合物具有微小的通道,可以排列成千上萬的活細胞。

團隊然後選擇從這些瀑樣細胞放置在腸薯條,大小的AA電池和重建自然的人類腸道微環境,包括腸道epithelium-the層細胞形成襯裡的小腸和大腸。液體通過這些芯片的微通道,創造了一個環境,使細胞能夠發展出在體內腸道中發現的3-D類微孔結構。試驗表明,研究人員形成的腸道內層包含了這種組織中常見的所有關鍵細胞類型。

“在實驗室中,器官芯片解決了研究人類腸道和腸道疾病的主要挑戰,”傑拉爾丁·a·漢密爾頓博士說。“腸芯片是人類細胞的‘家-家-家’,為它們提供了正確的微環境和生物線索,使它們能夠像在體內一樣活動。”我們的腸芯片還允許研究人員將腸上皮細胞與其他類型的細胞(如免疫細胞)一起培養,並分析這些不同類型的細胞是如何相互作用的。

科學家們製造出人類的腸道內層,在器官芯片內再造活組織

這些人類腸道內層的微縮模型,被稱為類有機體,是在Cedars-Sinai利用誘導多能幹細胞(iPSCs)技術製造的。每個器官細胞都具有獨特的遺傳指紋和個體特徵。

漢密爾頓補充說:“此外,通過與Cedars-Sinai合作,我們可以從iPSCs中產生腸襯裡,我們可以將腸芯片與單個捐贈者匹配。”

該研究是Cedars-Sinai Precision Health倡議的一部分,其目標是推動最新技術和最佳研究的發展,結合最佳的臨床實踐,快速開啟個性化健康的新時代。#清風計劃# #健康真探社#


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