《自然·资料消息》生物打印水凝胶类器官，指导组织规模的自组织

近日，美国加州年夜学旧金山分校Zev J. Gartner传授团队在《Nature Materials News Views》上颁发Guiding tissue-scale self-organization一文。该文概念评论解析如下：

要点：一种生物打印办法，应用造成类器官的作为水凝胶中的生动墨水，可指导组织规模的自组织发生更事实的胃肠道和血管组织结构。

类器官是盘中的微型衍生组织，通过自组织造成体内相似的细颗粒组织构造和细胞异质性。这些功效为倒退和疾病停顿的机制提供了新的见识。然而，类器官不克不及归纳综合在体内发现的许多粗粒度的构造特征，这些特征的长度范畴从几百微米到几厘米。这自然招致了一个成绩，即要使类器官模子的利用扩大到组织的这些更年夜范畴的特征，必需进行哪些开辟。为了答复这个成绩，Matthias Lutolf及其共事申报了一种复杂易用的生物打印的办法，该办法使用造成类器官的细胞墨水。他们的办法为将生物打印机提供的粗粒度构造节制与类器官自组织发生的细粒度构造节制相联合奠基了根底(doi.org/10.1038/s41563-020-00803-5)。

类器官作为，和疾病建模对象的许诺源自其自组织进程中自发发生的简单组织构造。然则，许可组织自组织而不受四周胚胎提供的约束的成果是，组织通常以意想不到的或不受节制的方式造成。在三维细胞外基质(ECM)水凝胶(例如重构的基底膜Matrigel)中培育类器官，为类器官的自组织提供了许多紧张的机器和生物学线索。然而，所得的类器官可以采取由随机进程以及微情况和细胞异质性惹起的各类尺寸，形态和细胞类型构成。此外，许多器官在跨越数百微米到厘米的长度标准上显示出简单的构造。自组织的这些特征是因为空间邻近的细胞之间的互相作用(如以后的类器官培育物中产生的)以及类器官培育物中短少的来自四周胚胎组织的提示而发生的。通过将类器官植入到活体植物中来从新引入这种线索已被用于匆匆进年夜规模组织构造的倒退。然而，这些进程在类器官培育中归纳综合仍是挑战。是以，人们十分有趣味采取多种学自上而下的对象(包含微图案制造，生物打印和光刻等)来在光阴和空间上分列其他组织类型，以更好地指导类器官的自组织。终极，将自上而下的制作办法的劣势与活细胞的自下而上的自组织才能相联合关于完成构建更简单和功效更弱小的组织和器官的后劲至关紧张。

在此观点验证中，Lutolf及其共事证实了在由打针泵和显微镜构建的复杂生物打印机挤出后，由解离的类器官祖细胞，间充质细胞和内皮细胞构建的厘米级组织特征的天生(图1a)。显微镜使用载物台控件和及时视觉反应提供准确的挪动和定位，从而使用户可以通过肉眼微调挤压参数。细胞在培育基中的致密悬浮液会在凝固前的几分钟内间接印到液体ECM凝胶中。作者可以节制细胞密度，喷嘴年夜小和挤出速率，以调理组织的形状。打印的组织最初是复杂的线条和悬浮在ECM凝胶中的点，跟着它们的成长会固结成间断的组织，然后跟着它们开端自组织成类器官而造成宏观构造(图1b)。肠类器官和内皮细胞均造成管腔，而肠类器官又沿管的表面面造成隐窝构造，相似于分布在整个小肠中的隐窝。通过使用分歧的细胞墨水次序使用此办法，还可以天生具备多种细胞类型的更简单的组织。在一项特殊惹人瞩目的演示中，从肠和胃中拆散出的共同被组合在一路，造成了混合的胃和肠类器官，仿照了具备特定器官特征(如腻滑的胃区和隐窝笼罩的肠区)的胃肠道。使用相似于比来研讨中颁发的战略，作者还通过在特定地位挤出基质细胞的液滴，将分歧的细胞类型依次堆积到统一基质中。基质细胞的存在招致管腔直径的添加，从而许可肠类器官的贯注。

该申报为类器官生物学家提供了一种新办法，该办法依赖于自动化显微镜和打针泵，这在年夜多半当代试验室中都很容易得到。此外，作者使用最罕见的试验室基质(I型胶原和Matrigel)验证了该办法。与曩昔的生物打印技术分歧，该技术曾经将仅细胞生物墨水打印到水凝胶支持浴或合成水凝胶中，与尺度ECM的兼容性许可从曩昔为其他类器官开辟的优化前提更轻松地过渡到今生物打印方式。研讨其他类器官中的年夜规模形状产生和空间旌旗灯号传导将是一个令人兴奋的下一步。然而，在生物打印机提供的额定限定下，是否必要额定的优化来完成类器官自组织的全体后劲还有待察看。异样，生物打印机若何能力有助于年夜脑，肾脏和乳腺类器官(尤其是其他器官)的形状受控，还有待进一步研讨。相似于使用微心理体系或单片器官的办法，将这些文明与贯注体系连贯的尺度化办法，例好像一研讨小组比来宣布的可贯注类器官，也将是将来倒退的紧张畛域。类器官生物学与学的不时增长的交加，持续为研讨，归纳综合和节制器官发育的简单特征提供了令人兴奋的机遇。(100yiyao.com）

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