Nature子刊：迷信家胜利分解出人类心脏造成类器官

人类心脏造成类器官归纳综合了晚期心脏和前肠的发育

心脏是在胚胎中造成的第一个功效器官。它来源于内脏的中胚层，内脏的中胚层是在胃造瘘进程中从原始条纹中呈现的。心脏前中胚层规范后，后辈在胚胎中线的每一侧造成双侧心脏造成区域，与发育中的前肠内胚层13慎密接近并感应互换。心脏造成区域的细胞跨过中线延伸并交融到心管中，该心管由两层构成，即心肌层和心内膜。起初，心管阅历轮回，这将定位将来的心腔。心脏的最外层，即心外膜，源自称为“前皮膜”的祖细胞群，并发生心脏成纤维细胞战争滑肌细胞。人类多无能细胞（hPSC），包含胚胎干细胞（hESCs）和诱导型PSC（hiPSCs），具备自组织成三维（3D）构造的才能，这种构造称为类器官，相似于体外的类胚胎组织形式。尽管类器官模子已被用于普遍的范畴的组织中描写的，然则在血汗管畛域停顿无限。

基于此，来自莱布尼茨生物技术和人工器官研讨试验室（LEBAO）的Robert Zweigerdt传授，率领团队通过将人类多无能细胞凑集体嵌入Matrigel中，然后通过小分子的双相WNT路径调控的定向心脏分解，来天生简单的，高度构造化的三维心脏造成类器官（HFO）。相关研讨结果以“Human heart-forming organoids recapitulate early heart and foregut development”为题，在线颁发在《Nature Biotechnology》杂志上。

研讨职员通过火化嵌入基质胶的hPSC凑集体造成稳定的HFO。自在浮动HPSC凑集体无效地分解成在悬浮培育中高纯度的心肌细胞在相应于经典Wnt路径调制由小分子如CHIR99021（CHIR; WNT通路活化剂）和IWP2（WNT通路克制剂）。关于HFO的造成，研讨职员利用了等效的协定，然则使用了嵌入到Matrigel中的单个hPSC凑集体，其年夜小已界说（基于分解日减去4（d-4）时凑集体造成所收获的细胞数目）。在测试的四个分歧肇端细胞数（500、3,500、5,000和10,000个细胞）中，HFO的造成仅以5,000个细胞胜利。

研讨职员还发现NKX2.5–eGFP的表白标明了ML（和部门OL）的致心肌性子，通过对心肌标记物肌球卵白重链（MHC）和心肌肌钙卵白T的免疫荧光（IF）染色证明（cTnT），此中间断的侧面部门增强了ML反面笼罩IC的察看。第二个心脏场（SHF）标志ISL1从d7到d13的HFO的流式细胞术染色显示d7上 77％的NKX2.5–eGFP / ISL1双阳性SHF样细胞，在d13上降至 25％。相比之下，咱们没有检测到代表第一个心脏区域（FHF）的任何TBX5阳性细胞，这标明在氢氟烯烃心肌细胞表示出SHF样表型（预期为WNT-定向分解）。依据它们的举措电位特征，进行了膜片钳以进一步确定HFO衍生的NKX2.5–eGFP阳性心肌细胞的心脏表型。该阐发标明，除一些非典型举措电位外，主要细胞群（5.7％）显示出心房样表型，而年夜多半（75.5％）被分派为心室样表型（扩大数据图2c-f）。关于后者，其他举措电位个性如低上冲程速率建议未成熟心室样表型，在一致性施加化学WNT调制之前任务。通常在d7–d10察看到HFO膨胀的开端。HFO通过钙成像显示出显明的膨胀形式：通常会发现圆形的跳动形式，然则在单个HFO中，察看到了从分歧的肇端点开端的波前状传达。

为了更具体地探讨HFO中组织的身份，研讨职员将单细胞RNA测序（scRNA-seq）利用于两个HFO。两个样本的t散布随机街坊嵌入（t-SNE）图的笼罩图显示了雷同地位的细胞群，从而证明了各个HFO中组织造成的持重性）。自动聚类提醒了七个聚类，此中一个显示了代表死细胞的线粒体基因的显着过表白。其他六个簇显示群体特同性表白形式，证明了微阵列阐发和IF染色成果。由这些簇表白的症结基因的t-SNE图在图4c和扩大数据图4c中给出。最年夜的簇（约占一切活细胞的38％）的特征在于泛滥心脏基因，包含TNNT2（cTnT），MYH6（MHCα）和NKX2.5。ISL1在该簇中的表白较低，这与扩大数据图2b中所示的d13 HFO的流式细胞仪数据一致。在该簇中还发现了TBX5和HCN4的表白。这些标志都与FHF了初步分割。

综上所述，该研讨团队在此描写了一种诱导自组织hPSC衍生HFO的靠得住办法，该办法由内衬心内膜样细胞，被ST样细胞包抄，由分歧的AFE和PFE组织组成，并被血管网络笼罩的ML构成。HFOs在发育中的胚胎中显示出与晚期心脏和前肠胶原卵白的形状类似性，此中在心脏前中胚层规格确定后，心脏祖细胞造成了凑近发育中的AFE 13的心脏造成区域。来自AFE的旌旗灯号介导来自中胚层的心内膜前体细胞的分层，从而使心内膜细胞位于发育中的心肌和AFE之间。异样，在HFO中，心内膜样细胞在ML和IC（包括AFE组织）之间造成衬里，虽然必要进一步评价以明白证实这些细胞代表心内膜。

参考文献

1、Drakhlis L, Biswanath S, Farr CM, et al. Human heart-forming organoids recapitulate early heart and foregut development. Nat Biotechnol. 2021 Feb 8. doi: 10.1038/s41587-021-00815-9. Epub ahead of print. PMID: 33558697.

2、Múnera JO, Wells JM. Generation of Gastrointestinal Organoids from Human Pluripotent Stem Cells. Methods Mol Biol. 2017;1597:167-177. doi: 10.1007/978-1-4939-6949-4_12. PMID: 28361317.