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类器官系列知识(ⅩⅩⅢ)-感觉系统类器官构建和研究应用

类器官系列知识(ⅩⅩⅢ)-感觉系统类器官构建和研究应用 一米生物
2024-01-25
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感觉系统类器官——皮肤

皮肤

皮肤指身体表面包在肌肉外面的组织,是人体最大的器官,主要承担着保护身体、排汗、感觉冷热和压力的功能。皮肤覆盖全身,它使体内各种组织和器官免受物理性、机械性、化学性和病原微生物的侵袭。皮肤中除各种皮肤附属器外,还有丰富的血管、淋巴管、神经和肌肉。皮肤还包含多种干细胞群以及许多其他细胞类型。现阶段体外生成的皮肤模型缺乏许多正常必要的皮肤结构,皮肤类器官的构建和应用恰好能够在一定程度上解决这一问题。

皮肤解剖图

血管类器官构建

干细胞是构建类器官的主要细胞来源,有两种主要类型。一种是成体干细胞(ACS),每个器官都具有特定的ACS,他们通常位于干细胞维持和功能提供不同微环境的壁龛中[1]。皮肤中含有多种ACS,包括表皮、毛囊、真皮间充质干细胞(MSC)、黑素细胞、内皮细胞和造血干细胞等[2]。许多研究报道了ASC衍生的类器官。另一种类型是多能干细胞(PSC),胚胎干细胞(ESC)和诱导多能干细胞(iPSC)。有研究表明iPSC能够很好地进行控制和优化,生成拟胚体,然后在特定的条件下分化形成纤维细胞和角质形成细胞[3]。而在iPSC诱导分化皮肤类器官的过程中发现了有促进肿瘤发生的现象[4]

人毛囊干细胞的相互作用图[2]

Lei等人证明了体外皮肤类器官可以从分离的细胞中形成带有毛发的皮肤,同时还报道了一种用于皮肤类器官的培养系统可以用于人类PSC中产生皮肤类器官。在聚集体形成过程中通过逐步调节TGF-β和FGF信号通路用于诱导神经外胚层和神经嵴细胞。形成的皮肤类器官可以发育形成分层的表皮结构和带有脂肪的真皮层以及具有皮脂腺的色素毛囊。在整体分化过程中可以观察到形成神经束样的感觉神经元和雪旺细胞网络[5]

实验流程图[5]

毛细血管化对于皮肤类器官的构建十分重要。有研究表明,移植到成年小鼠大脑中的人脑类器官会形成脉管系统并整合到局部组织中[6]。Ebner Peking等人发现了成人诱导多能干细胞衍生的成纤维细胞、角质形成细胞和内皮祖细胞进行3D自组装,形成新型浮动球状类器官。多细胞移植自组装有助于开发将细胞悬浮移植与人类血小板因子相结合的皮肤再生策略[7]

类器官移植的活体成像图与免疫荧光染色[6]


皮肤类器官的产生代表了皮肤再生的新希望,有望为皮肤病的诊断和治疗提供新的方案。皮肤类器官还可以用于研究正常生理功能,例如皮肤神经感觉机制和微生物组与皮肤的相互作用等。总的来说,皮肤类器官代表一个巨大的突破,有望促进基础和临床研究的进步。

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参考文献

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[1] Yin X, Mead BE, et al. Engineering Stem Cell Organoids. Cell Stem Cell. 2016 Jan 7;18(1):25-38. doi: 10.1016/j.stem.2015.12.005.

[2] Hsu YC, Fuchs E. A family business: stem cell progeny join the niche to regulate homeostasis. Nat Rev Mol Cell Biol. 2012 Jan 23;13(2):103-14. doi: 10.1038/nrm3272.

[3] Kim Y, Ju JH. Generation of 3D Skin Organoid from Cord Blood-derived Induced Pluripotent Stem Cells. J Vis Exp. 2019 Apr 18;(146). doi: 10.3791/59297.

[4] Lee AS, Tang C, et al. Tumorigenicity as a clinical hurdle for pluripotent stem cell therapies. Nat Med. 2013 Aug;19(8):998-1004. doi: 10.1038/nm.3267.

[5] Lei M, Schumacher LJ, et al. Self-organization process in newborn skin organoid formation inspires strategy to restore hair regeneration of adult cells. Proc Natl Acad Sci U S A. 2017 Aug 22;114(34):E7101-E7110. doi: 10.1073/pnas.1700475114. Epub 2017 Aug 10.

[6] Mansour AA, Gonçalves JT,et al. An in vivo model of functional and vascularized human brain organoids. Nat Biotechnol. 2018 Jun;36(5):432-441. doi: 10.1038/nbt.4127.

[7] Ebner-Peking P, Krisch L, et al. Self-assembly of differentiated progenitor cells facilitates spheroid human skin organoid formation and planar skin regeneration. Theranostics. 2021 Jul 25;11(17):8430-8447. doi: 10.7150/thno.59661.


公司简介

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      一米生物创立于2017年,是一家核心发展基因细胞治疗(GCT)、干细胞转化医学、类器官和分子诊断等技术,以及开发生物样本采集与保存的国家级高新技术企业。公司目前总面积1万多平,建有GMP净化车间,并通过了南德TÜV以及ISO13485质量体系认证。一米生物系领因上海的全资子公司。

       公司重视人才和关键技术的发展和储备,立足于为客户需求开发产品并将解决方案做到极致的信念。研发生产的众多产品已获得国内医疗器械备案及注册证,欧盟CE认证和美国FDA备案,其中一体式唾液采集器荣获中国和美国发明专利授权。除国内市场外,公司业务已覆盖美国、英国、澳大利亚、日本、韩国等海外市场,面向全球范围提供产品与服务。

       公司建立以来,坚持践行诚信、合作、勇于突破的理念,获得诸多第三方检验所、CGT工业、科研院所等行业顶层客户的信任与合作。

       一米生物深耕生命科学研究与诊断技术领域,致力于为人类健康防治和疾病精准诊断的发展服务。



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