生物工程人类肝脏模仿自然发育

一个生物工程人类肝脏组织的国际研究小组发现了以前未知的控制器官发育过程的遗传分子串声网络，极大地促进了从人类多能干细胞中生成健康和可用的人类肝脏组织的努力。

科学家在网上报告自然在进行临床试验之前，他们的生物工程人类肝脏组织还需要更多的分子微调。

这项研究由美国辛辛那提儿童医院医疗中心(消化病学、肝病学和营养科)的医生/研究员Takanori Takebe医学博士和德国莱比锡马克斯普朗克进化人类学研究所的Barbara Treutlein博士领导。

目前治疗终末期肝病的唯一方法是肝移植，而来自已故捐赠者的肝脏数量有限。作者写道，正因为如此，再生医学的一个主要目标是实现自组织的人体组织——在这种组织中，细胞经历一系列精确定时和间隔的协调分子事件，以形成功能良好的三维肝芽。

确定胚胎内胚层(肝脏形成的地方)中分子-细胞相互作用的精确细节和背景，对这项技术的治疗潜力至关重要。

辛辛那提儿童医院的武部说:“生物工程可移植肝脏和肝组织的能力将为那些患有肝病的人带来巨大的好处，他们需要创新的治疗方法来挽救他们的生命。”“我们的数据让我们对发展中国家之间的细胞间通信有了新的、详细的了解肝细胞这表明，我们可以生产出非常接近自然人类发育过程中胎儿细胞的人类肝芽。”

基因蓝图

在目前的研究中，作者使用单细胞RNA测序(RNA- seq)来监测单个细胞在三维(3D)微环境中结合时的变化。这是血管细胞，结缔组织组织细胞和肝细胞进行复杂的交流。

使用单细胞RNA-Seq技术的主要优势是它提供了每种细胞类型中基因活性的蓝图。研究人员专注于开发活性转录因子(告诉其他基因该做什么的基因)的完整蓝图，以及在每个不同细胞聚集在一起形成肝组织之前和之后的信号分子和受体。

作者报告说，他们观察到基因-分子对话发生了巨大变化，以及细胞在3D微环境中共同发育时的行为。

单细胞RNA-Seq分析还帮助研究人员将干细胞生成的工程化3D肝组织与自然发生的人类胎儿和成人肝细胞进行比较。研究人员观察到，实验室培养的肝芽具有分子和遗传特征，与自然发育的人类肝细胞非常相似。

他们特别强调了细胞产生的刺激血管形成的信号蛋白(VEGF)和与VEGF通信的蛋白质和受体之间的分子串对话，以帮助触发对发育中的肝脏(KDR)的血液供应的形成。目前的研究表明，VEGF和KDR之间的通信对于指导肝组织的发育和成熟至关重要。

研究人员表示，他们在小鼠肝细胞、天然人类肝细胞和生物工程肝脏的发育过程中观察到了这种串扰。

“我们的数据以精确的分辨率显示，不同类型细胞之间的对话以一种可能模仿人类发育过程的方式改变了细胞，”马克斯·普朗克研究所的Treutlein说。“关于如何在培养皿中最好地生成功能正常的人类肝脏组织，还有很多东西需要学习，尽管如此，这是朝着这个方向迈出的一大步。”

天然vs.生物工程

作者注意到，生成的肝芽中的基因表达格局——比如基因表达的精确位置和时间——并不完全匹配自然的人类肝细胞。天然组织和生物工程组织之间的剩余差距可能来自于由细胞在培养皿中发育的独特微环境引起的不同发育线索细胞发育的:在人或动物身上发育的

目前研究中发现的新的细胞和分子数据将“在未来进一步改进”肝作者写道，芽类器官”和“精确地概括了人类胎儿发育中所有细胞类型的分化”。