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  撰文 | 安娜·戈书亚(Anna Goshua) 

  翻译 | 郭晓 

  类器官(organoids)是模拟人体器官解剖学和功能的微小细胞结构,这种在实验室培养的器官模型在现代医学研究中扮演了越来越重要的角色。模拟大脑、肺和其他器官的类器官都已经面世很长一段时间了,但是为骨骼组织建立类器官模型却非常困难。这是因为不同类型的骨骼细胞都存在于特殊的细胞外基质中,而这里的细胞外基质是一套由胶原蛋白和矿物质组成的网络,它们一直处在不断变化的状态下

  此前已经有研究人员尝试构建骨骼的类器官,但他们并没有捕捉到骨细胞是如何与这种基质同时形成并与之相互作用的。研究人员表示,现在他们已经建立了一套逼真的骨骼模型,或许可以更好地应对一系列具有挑战性的骨骼疾病。

  荷兰拉德堡德大学医学中心的细胞生物学家阿纳·阿基瓦(Anat Akiva,这项研究的主要作者)表示,发表于《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)杂志的研究展示了首个骨骼类器官,并提供了一个在骨骼形成时非常关键的早期阶段的“综合视角”。

  阿基瓦和同事发现,当他们使用机械力模拟人体骨骼形成所需的压力时,他们不仅能使骨髓干细胞转变为造骨细胞和生长调节骨细胞,还能使细胞分泌完成后续功能所需的所有蛋白质。研究人员在实验过程中还成功刺激了一种细胞外基质的生长,这个过程与人体骨骼组织的生长非常类似。经过4周的培养,研究人员最终获得了由骨质结构相互交织的微型圆柱体,这种骨组织相当于在人体骨骼中最先出现的那部分,随后它们会被一种更成熟的骨组织替代。

  利用这套工具,研究人员就可以在分子水平研究造骨过程中可能出现的问题。相关问题导致的骨骼疾病影响了全世界数千万人的生活。这其中有一种被称为“成骨不全症”的疾病,它是一种会削弱病人细胞外基质的遗传疾病,使患者在一生中可能会发生数百次自发性骨折。另外,像骨肉瘤之类的骨癌也和成骨功能异常有关,而这个模型可以帮助研究人员探索癌细胞是如何进入细胞外基质,并形成额外的骨头的。

  骨骼类器官还能帮助医生研发高度个性化的疗法,苏黎世联邦理工学院生物力学研究所的副主任拉尔夫·米勒(Ralph Müller,并未参与这项研究)表示。研究人员在设计治疗方案时,可以从病人的活体骨骼组织样本中培养类器官,然后检测该病人的骨骼如何对不同的干预作出反应。“有了一套可靠的骨骼成形系统,”阿基瓦说,“我们可以从细节上研究到底是哪里出了问题,我们能否解决这些问题,以及应该如何解决。”


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