Cell Stem Cell新型类器官：带有免疫成分的微肠道模型

直到最近，研究结肠疾病的方法，如结肠癌和IBD，一直局限于细胞和动物模型。细胞通常来源于癌性肿瘤，限制了它们在非癌性疾病研究中的适用性。动物模型有自己的局限性:在动物身上很有希望的治疗方法并不总是能给人类带来同样的好处。

类器官提供了细胞和动物之间的一种令人愉快的媒介，即模拟器官功能的三维细胞群。它们比传统的人类细胞培养要复杂得多，但它们仍然缺乏完整人体器官的一些特征，而且与动物模型不同，类器官并不与整个身体系统相连。

南卡罗来纳医科大学和辛辛那提儿童医院的一个研究小组开发了一种复杂的模型，用于研究患病的结肠，这可能会导致结肠相关疾病(如癌症和炎症性肠病(IBD))的个性化治疗。研究人员将他们的发现发表在11月2日的《Cell Stem Cell》杂志上。文章指出，大多数器官都有组织驻留免疫细胞，而人类类器官缺乏这些免疫细胞，限制了它们在建模许多正常和疾病过程中的实用性。因此，本研究探讨了从多能干细胞分化出的人类肠道类器官中免疫细胞的发育。

研究结果表明，HCOs能够共同发育出多样化的免疫细胞群体，包括类似造血内皮（HE）的细胞和红髓祖细胞，这些细胞经过典型的分化步骤，最终生成功能性巨噬细胞。这些HCO巨噬细胞获得了类似于人类胎儿小肠和大肠组织驻留巨噬细胞的转录特征。HCO巨噬细胞能够调节细胞因子的分泌以响应炎症和抗炎信号，并能够吞噬和对致病细菌产生强烈反应。

此外，当将HCO巨噬细胞移植到小鼠体内时，它们能够在肠道类器官组织中维持存在，并与结肠上皮建立紧密联系，而不被宿主骨髓来源的巨噬细胞所取代。这些研究表明，HCOs中的HE能够产生多能造血祖细胞和功能性组织驻留巨噬细胞。

MUSC Hollings癌症中心研究员Jorge Munera博士与辛辛那提儿童医院的James Wells博士和Daniel Kechele博士合作，在实验室中培养出了带有免疫系统的微型人类结肠。这个模型改进了现有的类器官或微型器官，这些器官与免疫成分没有自然联系。这些新型结肠类器官在健康和患病状态下都更接近人类结肠。

MUSC再生医学和细胞生物学助理教授Munera说:“我们认为这个新模型很重要，因为大多数胃肠道疾病都与免疫系统和炎症有关。”

Munera, Wells和他们的团队通过诱导这些下一代类器官发展自然存在于结肠组织中的早期免疫细胞类型，来克服结肠类器官仍然存在的一个重要限制。

这项研究建立在2023年1月26日在线发表在《自然生物技术》上的类似研究的基础上，该研究由辛辛那提儿童医院的Michael Helmrath医学博士领导，Wells及其同事共同撰写。

Wells说:“重要的是，这些免疫细胞与人体内的免疫细胞几乎相同，它们能够检测出致病细菌并将其清除。这是研究的重要一步，旨在确定IBD和其他影响胃肠道疾病的未来治疗方法。”

研究小组利用从患者血液样本中获得的干细胞生成结肠类器官。干细胞是体内统一的祖先细胞，可以发育成人体所需的特定细胞类型。在适当的条件下，这些干细胞可以相互交流，形成结肠类器官。细胞之间的交流也使它们能够自组织成类似于人体自然组织的层。

Munera解释说:“它们不仅包含结肠内壁，还包含支持细胞，甚至一些与其余组织一起生长的免疫细胞。”

这些新型结肠类器官中的免疫细胞是先天免疫系统的一部分，是机体对炎症的“第一反应者”。

Munera说:“我们已经制造了一个更完整的人类类器官系统，我们可以用它来模拟结肠炎症。”

随着更多的发展，Munera认为这种新的类器官模型可以帮助个体化治疗结肠疾病。在未来，这些类器官可以从早期IBD患者的血液中产生，并在治疗前用于测试治疗是否有效。

Development of functional resident macrophages in human pluripotent stem cell-derived colonic organoids and human fetal colon