科学家在一个培养皿中弄成乳房来研究泌乳

By Gat Rauner

 published 8 hours ago

Health

科学家们正在弄成带有可能会揭示泌乳和乳腺癌症发展的3D乳管的乳腺器官器。

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这是一张兔子乳腺器官器的图片。器官器被用推的变成特定类型的器官细胞的干细胞弄成。 (Image credit: Rauner Lab/Tufts University, CC BY-ND)

所有哺乳动物都有产生乳汁的乳腺，一个多年来已经着迷科学家的特征。诸如为什么乳腺在第一位进化、它们如何已经跨不同物种适应和是什么独特的进化压力形成了它们的发展这些问题很大程度上仍然没有被回答。

为调查各种物种如何已经进化了对生物挑战的独特解决方案，我的在塔夫茨大学医学院劳纳实验室的团队正在通过乳腺的微型版本——器官器——在一个培养皿中重新创造泌乳的多样性。这些模型能揭示乳汁生产、组织再生和乳腺癌症的早期阶段背后的基本生物学过程。

什么是器官器？

器官器是在一个细胞培养皿中生长的模仿真实器官的结构和功能的微型3D结构。这些模型被引导干细胞弄成，干细胞有来分化成各种类型细胞来形成特定类型的器官细胞的独特能力。

虽然它们不是全尺寸器官的一模一样的微型复制品，但器官器含有足够的细胞和组织结构来重新新创造它们模拟的器官的环境和关键功能。例如，一个乳腺器官器或乳腺组织器官器由微小的终止在一个球形结构内的细长模仿乳腺组织的乳管和肺泡的导管组成。

乳房器官器模仿实际组织的结构和功能。. (Image credit: Gat Rauner/Created with BioRender.com, CC BY-SA)

器官器为生物医学研究提供一种强大的工具，因为它们提供一个器官结构和功能的3D代表。与传统的2D细胞培养不同，器官器能模拟实际组织的复杂性，包括它们的结构和分化的细胞类型。这使研究人员能够在一个对照环境中来研究复杂的生物过程如组织发育、再生和疾病进展，同时减少依赖动物模型。

在一个培养皿中的泌乳的分化

传统上研究人员已经用器官器来模拟人类疾病、测试药物和研究发育生物学。然而，它们的潜力远超出这些应用，特别是在进化生物学的领域。

我的研究集中在从各种哺乳动物物种产生乳腺器官器上。泌乳是难以置信多样性的，每个物种都适应到一个广泛范围的环境和生活方式。乳腺对养育后代是关键，跨不同物种展示显著的变化。

这些乳腺器官器（底部）在细胞类型和结构上相似于人类乳腺活检（顶部）。 (Image credit: Goldhammer 2019/Breast Cancer Research, CC BY)

例如，诸如鸭嘴兽和针鼹等单孔目动物属于一种独特和古老的哺乳动物。单孔目动物大约在1.9亿年前从其他哺乳动物群体分化并以它们的繁殖方式闻名：下蛋而不是诞生活的。它们的乳腺与那些有乳头的真兽类哺乳动物诸如奶牛和人类的乳腺明显的不同的，单孔目动物反而通过特殊的乳腺毛发分泌乳汁。

科学家们相信不同的环境压力和生殖策略已经推动了泌乳的分化形式的进化。然而，确切的机制和进化途径很大程度上仍然未知。通过比较来自这些分化物种的器官器，研究人员能揭示这些古老结构如何已经在数百万年上进化了和适应了来满足不同动物的繁殖需求。

超越乳腺的洞察

研究乳腺的独特特性也能揭示生物学和医学的其他领域。

例如，乳腺能够在每个繁殖和泌乳的周期再生。这使它成为研究组织再生的一个极好模型。用器官器研究人员能实时观测再生过程并调查不同物种如何已经进化了来保持这种再生能力的。了解再生背后的机制可能导致再生医学中的进步，再生医学是一个集中在修复或替换在诸如心脏病、糖尿病和损伤等疾病中被破坏的组织和器官的领域。

泌乳器官器也能帮助乳腺癌症研究。研究来自诸如奶牛和猪罕见发生乳腺肿瘤的物种的乳腺器官器可以揭开潜在的保护机制，并告知人类中的乳腺癌症预防和治疗新的策略。器官器还为研究肿瘤形成的早期事件和贡献到癌症发展的细胞环境提供一个平台。

器官器还使科学家能够来研究不同物种中泌乳的开始、持续和停止。泌乳的过程被激素变化和环境条件等因素影响在哺乳动物中广大的变化。一些哺乳动物有独特的泌乳形式。例如，像塔马尔沙袋鼠这样的有袋动物能同时的产生两种类型的乳汁来满足在不同发育阶段后代的营养需求，一种被称为异步并发泌乳的现象。此外，尽管延长时间的不哺乳海狗能维持泌乳。

通过乳腺器官器研究不同类型的泌乳能提供泌乳如何被调节的更深入洞察，揭示可以阐明人类泌乳的生物学的进化适应并改善农业中的牲畜产奶策略。

器官器技术的潜力

器官器提供几个胜过传统动物模型的优势。第一个，它们提供一个对照的环境来研究复杂的生物过程，并使科学家能够同时的进行多项测试，增加研究效率。

它们还减少与动物研究相关的伦理问题。器官器能被从不能活体研究利用的动物产生，如罕见的或濒危物种。

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此外，器官器能被转基因改造来调查特定的基因和途径，提供更深入支撑乳腺生物学的分子机制的洞察。

虽然器官器是一种强大的工具，但它们不是没有限制的。它们不能完全复制活组织的复杂性，来自器官器研究的发现必须在活的主体中被验证。尽管这些障碍，器官器技术中的进步继续推动着什么是可能的边界，为探索哺乳动物的多样性和进化提供新的机会。

通过在一个培养皿中重新创造哺乳动物组织的多样性，研究人员能获得不同物种如何已经进化来解决生物挑战的重要洞察，这有有益于人类健康、农业和营养科学的潜力。

这篇经过编辑的文章是在知识共享许可下从对话The Conversation 重新发布。阅读原始文章original article。

https://www.livescience.com/health/scientists-make-breasts-in-a-dish-to-study-lactation