1天2篇Nature，類器官新突破來了

類器官是一類模擬人體器官的三維細胞羣，目前正在被開發用於藥物測試，且有望替代一些動物實驗。4月24日，Nature雜誌同一天刊發兩篇論文：腸道類器官及大腦類器官均獲得突破。這些成果有望爲結腸癌及一種神經系統疾病的藥物開發帶來新希望。

在題爲“Antisense oligonucleotide therapeutic approach for Timothy syndrome”的論文中，來自斯坦福大學的研究團隊，聚焦一種名爲Timothy綜合徵的的疾病，該疾病是一種涉及自閉症、神經系統問題和心臟病的遺傳性疾病，由CACNA1C基因突變引起（CACNA1C編碼一種鈣離子進入包括神經元在內的細胞的通道）。目前，沒有很好的動物模型來研究Timothy綜合徵，因爲在齧齒動物中，相關突變並不總是能引起與人類疾病相同的症狀。

爲了克服這一障礙，研究團隊轉向了類器官，來重現這種疾病。他們從3名攜帶導致Timothy綜合徵的突變基因的人身上提取了幹細胞，並培養了大約250天。科學家們用一些信號分子處理這些細胞，使他們轉變成包含大腦皮層中發現的每種神經元的大腦類器官。

爲了給類器官創造一個更逼真的環境，研究小組將這些結構注入大鼠的大腦，在那裏，這些細胞與大鼠自身的神經元形成了聯繫。這就形成了一個系統，研究人員可以在其中測試這種疾病的潛在治療方法。

人類神經元有4種不同形式的鈣通道，在Timothy綜合徵中只有一種有缺陷。因此，研究人員認爲，消除突變的通道將允許其他正常的通道“接手”。爲了做到這一點，他們開發出了一種反義寡核苷酸（ASO），能夠通過干擾基因轉錄物，阻止細胞產生突變形式的蛋白。在研究人員將這些寡核苷酸注射到大鼠的大腦中兩週後，類器官和周圍神經元中大多數有缺陷的鈣通道已經被其他形式的蛋白質所取代。類器官中的神經元也改變了形狀——從類似於Timothy綜合徵患者的小而不復雜的形式，變成了更大、更復雜的健康神經元的典型形狀。領導該研究的神經科學家Sergiu Pașca表示，其團隊希望最終能夠在臨牀試驗中測試該ASO療法。

在題爲“Spatiotemporally resolved colorectal oncogenesis in mini-colons ex vivo”的另一篇論文中，來自瑞士洛桑聯邦理工學院的研究團隊則使用小鼠幹細胞來模擬腸道組織。

類器官傾向於在緊密的球體中生長，因此研究人員在支架上培養細胞，以重現在真實腸道組織中看到的管狀結構。

爲了創造結腸癌模型，他們對細胞進行了工程改造，使其含有附着在致癌基因上的光敏蛋白。這使得他們可以使用藍色激光開啓基因，並在類器官的特定部位觸發腫瘤的生長，然後觀察腫瘤在幾周內的變化。當研究人員將癌細胞注射到小鼠體內時，腫瘤看起來與人類結直腸癌中的腫瘤相似。

共同領導該研究的生物工程師Matthias Lütolf 表示，他們將繼續優化腸道類器官，以更好地反映人體系統，並希望它們最終能在某些情況下取代動物模型。

“這兩項研究設計得非常好。過去10年裏，科學家們花了很多時間來開發類器官。隨着在開發模擬不同器官的類器官方面不斷突破，現在是時候更多地思考如何使用這些模型了。”威爾康奈爾醫學院的化學生物學家Shuibing ChenS說道。

備註：文中圖片均來自Nature。

參考資料：

[1]https://www.nature.com/articles/d41586-024-01199-x

[2]https://www.nature.com/articles/s41586-024-07310-6

[3]https://www.nature.com/articles/s41586-024-07330-2