2016年11月16日,

新型水凝胶可以将类有机物质从培养皿带到诊所

经过Ecole Polytechnique Federale de Lausanne

EPFL的科学家已经开发出一种凝胶，用于生长微型化的身体器官，可用于临床诊断和药物开发。

有机体是微型器官，可以从一个人的实验室种植干细胞．它们可以用来模拟疾病，未来还可以用来测试药物，甚至替代病人体内受损的组织。但目前类器官很难以标准化和可控的方式生长，这是设计和使用它们的关键。EPFL的科学家们现在已经通过开发一种正在申请专利的“水凝胶”解决了这个问题，这种水凝胶提供了一种完全可控和可调的方式来生长类有机物质。这一突破发表在自然．

类器官需要3D支架

生长有机体始于干细胞 - 未成熟细胞，其可以生长为人体的任何细胞类型，并在组织功能和再生中发挥关键作用。为了形成有机体，干细胞在三维凝胶内生长，其含有促进干细胞更新和分化的生物分子的混合物。

这些凝胶的作用是模拟干细胞的自然环环境，其为它们提供称为“细胞外基质”的富含蛋白质和富含糖的支架，其茎细胞构建特异性身体组织。干细胞粘附于细胞外基质凝胶，然后将“自组织”进入微型器官，如视网膜，肾脏或肠道。这些微小的器官保留了它们的现实生活生物学的关键方面，并且可以用于研究疾病或测试药物，然后继续进行人体试验。

但是用于有机体生长的目前凝胶来自小鼠，并且存在问题。首先，不可能将它们从批量控制到批次，这可能导致干细胞行为不一致。其次，它们的生化复杂性使它们很难进行微调，用于研究不同参数（例如生物分子，机械性能等）对有机体的生长的影响。最后，凝胶可以携带病原体或免疫原，这意味着它们不适用于在临床中使用的种植体。

水凝胶的解决方案

EPFL的生物工程研究所的MatthiasLütolb实验室开发了一种合成的“水凝胶”，避免了常规，天然衍生的凝胶的局限性。专利待处理的凝胶是用水和聚乙二醇制成的，一种目前各种形式广泛使用的物质，从皮肤乳膏和牙膏到工业应用，如在这种情况下，生物工程。

该研究的第一作者Nikolce Gjorevski和他的同事使用水凝胶将肠道干细胞培养成微型肠道。功能水凝胶本身不仅是一个目标，而且是一种手段，以确定影响干细胞扩张和形成类器官能力的因素。通过仔细调整水凝胶的性质，他们发现，在类有机物质形成过程的不同阶段需要不同的机械环境和生物成分。

其中一个因素是一种叫做纤连蛋白的蛋白质，它帮助干细胞附着在水凝胶上。Lütolf的实验室发现，这种依附本身对类器官的生长非常重要，因为它会向干细胞发出一系列信号，告诉它生长并建立一个肠状结构。研究人员还发现了凝胶的机械性能，即物理刚度在调节中的重要作用肠道细胞行为，揭示了细胞如何能够感知，处理和回应物理刺激。这一发现特别有价值——虽然生化信号对干细胞的影响已经被很好地理解，但物理因素的影响却更加神秘。