具有类似体内组织结构的生物工程有机类
顶行:用于制造具有真实隐窝-绒毛结构的水凝胶基质的聚合物模板的扫描电子显微镜图像(分别为顶视图和侧视图)
最后一行:免疫荧光图像的三维重建，显示具有真实隐窝和绒毛的肠道组织——“峰和谷”——真实器官的解剖结构
荣誉:迈克·尼古拉耶夫(EPFL) 生物工程进化的下一章将由在实验室中培养功能性微型器官的能力来书写
这些应用非常广泛，安全的药物测试、疾病建模、减少动物使用以及对人类生物学的新见解都名列榜首
尽管我们还有很长的路要走，实验室培养的器官模型的进化已经取得了显著的突破
其中之一是类器官:由干细胞在特殊水凝胶中生长而成的微型器官
器官样细胞领域已经有十多年的历史了，它一直在以令人印象深刻的速度发展，但仍然面临着几个主要挑战，其中之一是目前不可能控制干细胞发展成器官样细胞的方式
发育期痛 但是简单地将干细胞添加到水凝胶中，并让它们自行处理，会导致细胞集落的形成相当随机(“随机”是专业术语)
也就是说，即使重要的结构单元
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肠隐窝存在于传统的器官中，研究人员无法控制它们何时、何地以及有多少形成
能够控制这些方面是创建外观和功能类似真实器官的体外模型的先决条件
那么，我们能控制类器官的生长和结构吗？这个问题是马提亚斯·吕托尔夫和他的团队在EPFL生命科学学院的研究基础
他的工作表明，外部因素，如周围环境的僵硬，会对器官生物学产生深远的影响
僵硬的历史 例如，2016年，吕托尔夫实验室发表了一篇开创性的论文，表明水凝胶的硬度可以影响有机化合物在过程不同阶段的发展和生长
2020年，他的团队发表了在微芯片中生长的微型肠道器官的成功开发，为复杂人类疾病的建模开辟了新的视角
吕托尔夫说:“对器官类的形成和由此产生的结构进行控制，不仅可以让我们了解潜在的形态发生机制，还可以构建更接近真实世界的微型器官模型。”
“由于真实器官的最终功能结构来自细胞自组织和外部微环境控制之间的相互作用，我们必须同时考虑两者
" 组织几何形状控制肠道器官样模式
显示微图案化的免疫荧光图像可用于产生具有干细胞和分化细胞的可预测和可再现的形状和图案的肠器官样细胞
荣誉:迈克·尼古拉耶夫(EPFL) 功能遵循形式 遵循这一研究路线，吕托尔夫团队的两位前成员尼科尔塞·格若列夫斯基和迈克·尼古拉耶夫努力寻找控制器官类随机发育的方法
这项工作现在在一项新的研究中达到高潮，该研究提出了控制越来越多的体内类器官发育的方法
这项研究发表在《科学》杂志上
团队描述的方法基于两个原则
首先，研究人员发现从可再现的初始器官样形状开始导致可再现的发育，这解决了器官样可变性的问题
其次，他们发现构建形状像真实器官的类器官实际上有助于他们采用类似器官的细胞组成和功能
例如，如果你把干细胞培养成肠隐窝的形状，它们会像隐窝一样组织和运作
“形式追随功能”的范式是生物学的主要内容，但研究发现事实恰恰相反
无论如何，Gjorevski和Nikolaev也必须为实际的范例提出策略
使用一种叫做“微图案化”的技术，他们在内部塑造了水凝胶，最终将容纳有机化合物
用干细胞填充精确设计的水凝胶空腔最终产生了适应预成型空腔形状的有机类
这一过程与传统的金属雕塑没有什么不同，在这种雕塑中，熔融金属被浇铸到模具中，然后凝固成预定的形状
成功的器官样生长 结果不言自明
通过修改水凝胶的形状以匹配真实肠的解剖结构，研究人员能够引导干细胞生长到具有真实器官解剖结构的真实隐窝和绒毛——“峰和谷”的上皮组织中
这一点尤其重要，因为肠道的大部分功能取决于这些结构中不同的细胞群
例如，隐窝是小肠潘氏细胞所在的地方
这些分泌细胞对于干细胞的维持和肠上皮的免疫防御很重要
吕托尔夫的团队使用的方法确保了帕内思细胞只出现在隐窝腔中，同时也在所有正确的解剖位置产生肠组织的各种细胞
“事实证明，我们的方法在指导基于干细胞的器官发生方面是有效的，”吕托尔夫说，他现在是罗氏转化生物工程研究所(ITB)的主任
“我们的器官培养可以用来回答现有模型——包括动物——无法回答的问题，它们还可以帮助将器官技术转化为现实应用
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