想象一下，当画家拥有的只有一片叶子和一块树皮，而不是拥有一棵正在生长的，正在成长的树木作为模型时，试图画一片森林。了解零件如何装配在一起可以带来很大的不同。
这就是辛辛那提儿童大学的研究人员今天在《自然》杂志上发表的研究结果所达到的类器官科学的进步水平。由Takanori Takebe博士领导的团队没有在单独的实验室皿中独立培养微型人体器官，而是成功地生长了由三个器官组成的相互连接的集合：肝脏，胰腺和胆管。
从干细胞中生长出来的类器官是人体组织的微小3D形成，实际上执行着在大型器官中发现的多种细胞类型的功能。辛辛那提儿童医院的类器官专家已经种植了具有吸收营养的绒毛，产生消化酸的胃类器官的肠等。
就其本身而言，人类类器官已经为研究提供了复杂的工具。但是这项进展使科学家能够研究人体组织如何协同工作。向前迈出的重要一步可以开始减少对基于动物的药物研究的需求，大大加速精准医学的概念，并有朝一日导致实验室中可移植组织的生长。
Takebe说：“连接是其中最重要的部分。” “我们所做的是设计一种生产器官前形成阶段组织的方法，使它们能够自然发育。我们正在最大限度地发挥制造多种器官或身体的能力。”
五年的任务实现了关键目标
Takebe，32岁，于2016年加入辛辛那提儿童基金会，并在日本东京医科牙科大学（TMDU）担任双重职位。他于2011年毕业于医学院，并计划成为一名肝脏移植外科医师。但是，当他了解到供体器官供需之间日趋严重的鸿沟时，竹别就转移了注意力，专注于器官的供应。
在以前的研究中，竹部展示了一种生产大量肝脏“芽”（肝脏类器官的早期形式）的方法。他还长出了能反映疾病状态的肝脏类器官，其中包括脂肪性肝炎，这是一种危险的肝脏瘢痕形成和某些肥胖者发炎的危险形式。
迄今为止，他的工作得到了日本皇太子的称赞，日本皇太子在2018年获得了日本科学促进会的表彰。 《发现》杂志还将Takebe的类器官工作列为2013年前100名科学成就之列的第五名。
但是Takebe说这个项目是他影响最大的工作。
Takebe说：“我们在一段时间之前就注意到了器官分化的这一点。但是花了五年时间来调整培养系统，使这种发育得以发生。”
三个原始器官如何共同成长
该过程中最困难的部分是最早的步骤。 Takebe与辛辛那提儿童基金会的同事一起工作了多个小时，其中包括第一作者小池博之（Hiroyuki Koike）博士（现在在日本日本医学院），以完善这一过程。他们从人类皮肤细胞开始，将它们转化回原始的干细胞，然后引导并促使这些干细胞形成两个非常早期的细胞“球体”，这些细胞被松散地称为前肠和中肠。
这些细胞团在胚胎发育的早期就形成。在人类中，它们会在妊娠的第一个月后期形成。在小鼠中，它们仅在8.5天内形成。随着时间的流逝，这些球体融合并变形为器官，最终成为消化道。
在实验室中生长这些球体是一个复杂的过程，需要在正确的时间使用正确的成分。一旦他们足够成熟-一个需要大量工作才能确定的计时步骤-然后便是更容易的部分。
该团队只是将球状体放在一个特殊的实验盘中并排放置。将细胞悬浮在通常用于支持类器官生长的凝胶中，然后置于覆盖精心混合的一批生长培养基的薄膜顶部。
Takebe说：“从这时起，细胞就知道该怎么做。”
该实验室团队只是看着每个球状体的细胞在彼此之间的边界处相遇时开始发生转化。他们将自己和彼此转换成更专业的细胞，这要归功于实验室团队在细胞上附着的化学标签，从而改变了颜色。
不久，不断变化的球体萌芽成分支，形成了属于特定器官的新细胞群。在70天的时间里，这些细胞继续繁殖为更精致和独特的细胞类型。最终，微型类器官开始加工胆汁酸，就像它们在消化和过滤食物一样。
“这是完全出乎意料的。我们认为我们需要添加成分或其他因素来推动这一过程，” Koike说。 “不试图控制这种生物过程就使我们取得了成功。”
这种进步意味着什么？
辛辛那提儿童医院干细胞和类器官医学中心（CuSTOM）的主任Aaron Zorn博士说，这一进展将在多种方面有用。
Zorn说：“真正的突破是能够建立一个完整的器官系统。” “从研究的角度来看，这是研究人类正常发育的前所未有的机会。”
但是，Takebe及其同事到目前为止只能生长这些类器官。
对于长期增长的器官组织足以用于人类移植的长期希望，Takebe说，还需要做更多的工作。他和他的同事已经开始研究添加免疫细胞以及形成血管，结缔组织等所需的细胞系的方法。
但是出于研究和诊断目的，这一发现可能具有更直接的含义。
在精密医学领域，医生开始使用基因组数据和其他信息来确切确定哪种治疗方法最适合于重症患者，以何种剂量使用，并尽可能减少副作用。
活着的具有多个器官的“肠”将为科学家提供一个强大的工具，以准确地研究基因变异和其他因素如何影响怀孕期间的器官发育，并开发出更好的靶向药物来治疗婴儿出生后的疾病。
一个连接的“通用”人类类器官的系统比在不相连的盘子中提供三个类器官的信息要多得多。为特定患者种植一套肠道类器官可以使诊断甚至定制治疗更加精确。
Takebe说：“目前的肝再生医学方法缺乏胆管连通性。” “尽管在开展人体临床试验之前还有很多工作要做，但我们的多器官移植系统已准备好解决此问题，并且有朝一日可以为肝病患者提供终生治疗。”
总有一天可能不会那么遥远
尽管还有更多工作要做，但是Takebe及其同事已经报告了朝着实际应用迈出的一步。
研究小组已经培育出一套缺乏基因HES1的肠道类器官。这是在触发胆道闭锁中起主要作用的几种已知基因之一，这种疾病会破坏胆道系统，除非提供移植，否则会导致肝衰竭和死亡。这种情况是儿童肝移植的主要原因。
这项新研究表明，缺乏HES1会如何损害肠道类器官。如果科学家能够找到一种方法来弥补这种遗传变异，那么他们也许能够找到一种药物或细胞移植物，这种药物或细胞移植物可以保持新生儿的胆道功能，并可以避免难以获得的肝移植物。
——文章发布于2019年9月25日
