耳蜗类器官
人类内耳是最复杂的器官之一，以螺旋形耳蜗为特征，耳蜗内细胞排列有序，由探测声音的感觉细胞以及错综复杂的前庭赋予平衡感。内耳形态发生的复杂性在胎儿发育期间高度协调且具有高保真性。听力障碍在出生时的发病率约为0.2%。随着耳机等音乐设备的出现，越来越多成年人出现更为严重的中度至重度听力损失。
耳蜗中的机械敏感毛细胞负责听力，但是容易受到基因突变和环境损伤。人类耳蜗组织以及其中毛细胞的研究由于实验材料的缺少进展缓慢。类器官的出现则为耳蜗组织的研究提供了重要平台。2023年Stephen T Moore等人成功通过人类诱导多能干细胞建立了高保真性耳蜗类器官。
研究思路[1]
为了监测体外培养中人类诱导多能干细胞衍生耳蜗祖细胞和毛细胞的效率，作者使用CRISPR/Cas9基因编辑技术构建了PAX2-2A-nGFP/POU4F3-2A-ntdTomato的双色报告因子。PAX2 是耳蜗祖细胞早期标记物，而POU4F3则是高度特异性的分化毛细胞标记物，可以用于确定耳蜗类器官培养效率。
多重报告hESCs再现内耳类器官中耳祖细胞和毛细胞的分化[1]
基于建立的hESC报告细胞系，作者系统地更改了耳类器官所需的基础培养基、培养时间和小分子添加持续时间，以优化耳类器官形成。并发现了音猬因子和WNT信号的顺序调节可以促进内耳类器官的腹侧化。
优化后的培养方案及小鼠内耳发育过程中已知的腹侧化和背侧化
信号示意图[1]
随后，作者们对内耳类器官进行单细胞RNA测序，对耳蜗细胞标记物进行分析确定了诱导培养方案的有效性。PUR+IWP2的处理会促进人内耳类器官耳祖细胞的腹侧化。另外，通过标记物的免疫染色，作者们发现腹侧化的内耳类器官中表达毛细胞标记物(POU4F3)。扫描电镜的结果也表明所建立耳蜗类器官表现出毛细胞的结构特征，电生理学的研究也发现类器官表达外毛细胞标记物PRESTIN且具有耳蜗外毛细胞特有的电压门控电流特征。
PUR+IWP2的处理会促进人内耳类器官耳祖细胞的腹侧化且表达
毛细胞标记物(POU4F3)[1]
扫描电镜与电生理学发现类器官具有毛细胞的结构特征[1]
这项研究成功地从人类多能干细胞中生成了高保真度的耳蜗类器官，并对其进行了详细的表征和分析。在这项研究中，由多能干细胞衍生出的耳类器官具有分子、结构和功能特征，可以用来研究人类听觉感受细胞的发育和功能，以及探索相关疾病的发病机制和治疗方法。为人类听觉感受细胞的研究提供了一种新的方法和平台，也为干细胞研究提供了一个新的方向，同时为组织工程和再生医学提供了新的思路和方法。
参考文献
[1] Moore ST, Nakamura T, et al. Generating high-fidelity cochlear organoids from human pluripotent stem cells. Cell Stem Cell. 2023 Jul 6;30(7):950-961.e7. doi: 10.1016/j.stem.2023.06.006.
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