器官器革命：从果冻中的一个乳房到一个合成胚胎

有朝一日，对等待移植的患者科学家可以用干细胞来指导合成器官器的发育。

HEALTH — AUGUST 11, 2023

Peter Rogers

关键要点

一个多世纪以来，科学家们一直梦想着生长人体器官，随器官器的发展，这个梦想几乎成为现实。

器官器是一起功能来模仿真实器官的属性的人工合成细胞团块，然而，它们缺乏在一个生物体内生长的器官的功能和复杂性。

科学家们已经开发出一种更全面的来合成器官器造成一个胚胎一样的能创造心脏、肠道和脑组织模型的策略。

一个多世纪以来，科学家们已经梦想了无人类生长人体器官。这项技术可以结束移植器官的稀缺。但这只是冰山一角。来生长培养功能齐全的器官的能力将彻底改变研究。例如，科学家可以观察神秘的生物过程，例如人类细胞和器官如何不用涉及人类主体发展一种疾病并对一种药物反应（或未能反应）。

最近，来自剑桥大学的一组研究人员不仅为生长功能性器官奠定了基础，而且为能够发育出一个有跳动的心脏、肠道和大脑的功能的合成胚胎奠定了基础。他们的报告发表在《自然》杂志上。

自然（顶部）和合成（底部）胚胎并排比较大脑和心脏形成. (Credit: G Amadei et al., Nature, 2022.)

器官器革命

1981年，科学家发现了如何保持干细胞活着。这是一个重大突破，因为干细胞有臭名昭著的严格要求。尽管如此，干细胞仍然是一个相对小的象牙之塔研究领域，主要是因为科学家不知道如何来说服细胞变成其他细胞。

然后，在1987年，科学家在一种名为母质凝胶的凝胶状蛋白质混合物中嵌入了分离的干细胞，该混合物模拟了动物组织的三维环境。这些细胞茁壮成长，但它们也做了一些了不起的：它们创造了能够产生乳蛋白的乳腺组织。这是第一个器官器------ 一团细胞行为和功能就像一个真正的器官一样。器官器革命已经开始，这一切都始于果冻中的一个乳房。

在接下来的20年里，罕见来发现一位科学家被识别为“器官器研究人员”，但有许多想要弄清楚如何将干细胞转化为其他细胞的“干细胞研究人员”。最终，他们发现了干细胞要求来分化成其他类型的细胞（称为生长因子）的信号。

到 2000 年代末，研究人员开始结合干细胞、母质凝胶和新特征的生长因子来创造数十种器官器，从能够产生消化脂肪所需的胆盐的肝脏器官器到有类似于眼睛、脊髓成分的大脑器官器，可以说是智的开始。

合成胚胎

器官器占有一个内在的缺陷：它们是器官一样的。它们共享真实器官有的一些特征使它们成为研究的有力工具。然而，没有人已经找到一种来创造有真实器官所有特征和功能的器官器的方法。但发育生物学家玛格达勒那泽尔尼克高艾兹（Magdalena ernicka-Goetz）可能已经为这一发现奠定了基础。

泽尔尼克高艾兹假设了因为器官作为一个集体发育器官器未能发育成功能齐全的器官。器官器研究通常使用胚胎干细胞，胚胎干细胞来自从中发育生物体被创造的细胞。然而，在早期胚胎中有另外两种类型的干细胞：变成胎盘的干细胞和变成卵黄囊（胚胎在早期发育中生长并获得营养）的干细胞。要让一个人类胚胎（及其器官）来成功发育，需要这三种类型的干细胞之间 “对话”。换句话说，泽尔尼克高艾兹怀疑来生长功能性器官器的最佳方法是产生一个合成的胚状物。

泽尔尼克高艾兹说，“我们的小鼠胚胎模型不仅发育了一个大脑，而且还发育了一个跳动的心脏[以及]构成身体的所有组成部分，令人难以置信的是我们已经走到了这一步。这是我们社区多年来的梦想，也是我们十年来工作的主要重点，我们终于做到了”。

如果泽尔尼克高艾兹团队开发的方法在人类干细胞方面取得成功，那么科学家有一天可以使用它们来指导为等待移植的患者开发合成器官。它还为研究胚胎在怀孕期间如何发育打开了大门。

https://bigthink.com/health/organoid-revolution-breast-jello-synthetic-embryo/