佐治亚理工学院和密歇根大学的研究人员利用人工合成水凝胶投递细胞以修复肠道损伤

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美国佐治亚理工学院和密歇根大学的研究人员将人工合成的水凝胶与类器官的复杂肠组织（由人类多能干细胞形成）结合在一起，开发出控制这些组织生长，以及利用它们治疗消化系统损伤的新技术。消化系统损伤通常由炎性肠道疾病(IBD)引起，这一技术使他们向着成功又迈出重要一步。这项研究发布在《自然细胞生物学》杂志上。

研究人员利用合成的水凝胶构建了一个称谓基质的3D生长环境，它能够为类器官的生长提供最优的物理和生化支持。在过去，创造这种生长环境的方法是，使用来源于肿瘤细胞系的天然基质，该方法由密歇根大学内科医学副教授Jason Spence发明。在临床应用动物产品面临着巨大的挑战，因为这有可能导致人畜共患传染。

研究人员Asma Nusrat和密歇根大学医学院实验病理学教授Aldred Scott Warthin指出：“使用来源于小鼠肿瘤的基质将限制这些类器官技术未来在人类身上的应用，而这项工作为尤其适用于临床应用的研究打开了大门。”

除了能够使类器官在组织培养孵化器中的人工水凝胶中生长之外，该研究团队还声称，这种水凝胶可以像胶水一样，当它被植入到小鼠受伤的肠道中时，能够固定住类器官并促进伤口愈合。这项技术的成功为修复人类肠道损伤提供了新的疗法，甚至还有可能修复其他器官。

佐治亚理工学院机械工程学院的Andrés J. García教授说：“我们发现，水凝胶基质可以帮助人类肠道类器官（HIO）移植到肠道组织上，HIO能分化成肠道组织并加速伤口愈合。这项工作对使用来源于干细胞的人类肠道类器官的疗法进行了概念验证。”

植入到动物体内之后，在水凝胶基质中形成的人类肠道类器官（HIO）分化成为成熟的肠组织，并在移植到动物体内后呈现特殊的人类肠细胞类型，如肠内分泌细胞(CHGA，红色)。

因为这种水凝胶基于明确的合成材料，它们具有在未来应用于人体治疗的优势。

密歇根大学博士后研究人员Miguel Quirós说：“这种人工生物合成的水凝胶的特性十分明确，因此在未来使用HIO的治疗中，它非常适用于人类患者。” Nusrat补充说：“在这项工作中，我们证实，水凝胶可以促使HIO植入到受伤的肠道组织中，这表明该技术对于治疗因炎症肠道疾病而引起的肠道损伤非常有意义。”

由佐治亚理工学院开发了这种合成基质可以被很容易地修改，满足被培养细胞的需求。比如，该学院的研究生Ricardo Cruz-Acuña首先对多种组合进行了实验，最后才发现，由96%的水和一种特殊细胞粘附肽组成的凝胶对于HIO是最理想的。

Quirós和Cruz-Acuña利用一个小型结肠镜，将该凝胶和类器官投递到免疫缺陷小鼠受伤肠道的伤口处。被植入的细胞打上了标记，所以之后可以对其进行检测。四周之后，这些HIO完全移植到了受伤的区域，形成了类似正常组织的三维结构。而人工合成的凝胶消失了，被细胞自己生成的天然细胞外基质所替代。

García说：“由于我们的水凝胶系统很容易修改，我们可以修改其他的参数来生成支持多种细胞或类器官的机械和生物特性。对于不同应用的其他细胞来说，这些特性可能是不同的。”

接下来的工作中，研究人员将在免疫系统正常和不正常的动物模型中对他们的水凝胶基质进行测试。他们还需要优化包含HIO的水凝胶基质的给药方法，以替代在研究中使用的费时费力的技术。García, Nusrat和Spence认为，在人类试验开展之前，大规模动物试验是必要的。

除了肠道治疗外，研究人员还在研究利用这种水凝胶将类器官投递到受损的肾脏和肺脏中。

论文链接：

http://www.nature.com/ncb/journal/vaop/ncurrent/full/ncb3632.html

来源:中国生物技术网

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