使用水凝胶制成的简单但革命性的模块化类器官

由日本RIKEN国家科学研究所的Masaya Hagiwara领导的一个团队开发了一种巧妙的设备，使用立方体状结构的水凝胶层，使研究人员能够在不使用复杂技术的情况下构建复杂的3D类器官。该小组最近还展示了使用该装置构建类器官的能力，这些类器官忠实地再现了生物体实际发育特征的不对称遗传表达。该设备有可能彻底改变我们测试药物的方式，还可以提供关于组织如何发育的见解，并导致更好的人造器官生长技术。

长期以来，科学家们一直在努力创造类器官——在实验室中生长的器官样组织——来复制实际的生物学发展。创建功能与真实组织相似的类器官对于开发药物很重要，因为有必要了解药物如何在各种组织中移动。类器官还帮助我们深入了解发育过程本身，并且是生长可以帮助患者的整个器官的垫脚石。

然而，创造栩栩如生的类器官已被证明是困难的。在自然界中，组织通过精心设计的舞蹈发展，涉及化学梯度和物理支架，将细胞引导到某些3D图案中。相比之下，实验室培养的类器官通常通过让细胞在均匀条件下生长 - 创建相似细胞的简单球 - 或使用3D打印或微流体技术来发展，这两者都需要复杂的设备和技术技能。

但是现在，在发表在Advanced Materials Technologies上的一篇初步论文中，来自RIKEN先锋研究集群的小组宣布开发一种新的创新技术，使他们能够在空间上控制基于立方体的细胞组周围的环境，使用比移液器更复杂的东西。

该方法涉及将具有不同物理和化学性质的水凝胶层(主要由水组成的物质)限制在立方体形培养容器内。在研究中，使用移液管将不同的水凝胶插入支架中，并根据表面张力固定到位。细胞可以插入单个水凝胶内的立方体中，也可以作为可以移动到不同层的颗粒中，从而可以创建一系列组织类型。

在发表在《通信生物学》(Communications Biology)上的第二篇论文中，该小组还展示了重建所谓的身体轴图案的能力。从本质上讲，当脊椎动物发育时，细胞分化的头部/后部和背部/胃模式。虽然对于创建忠实地再现实际生物体中发生的事情的类器官很重要，但这在实验室中很难实现。

在这项工作中，使用基于立方体的系统，该小组能够重建这种图案，使用模具帽在立方体内精确地播种一组诱导多能干细胞(iPSC)，然后允许细胞暴露于两种不同生长因子的梯度。他们甚至“招募”了一名实验室助理和一名初中生来成功地完成这项工作，这表明细胞的接种不需要高水平的专业知识。研究小组还证明，所得组织可以切片进行成像，并且仍然保持有关梯度方向的信息。

根据Hagiwara的说法，“我们对这些成就感到非常兴奋，因为新系统将使研究人员能够快速，没有困难的技术障碍，重建更接近器官在实际生物体中发育方式的类器官。我们希望一系列研究人员将使用我们的方法来创造各种新的类器官，并为不同器官系统的研究做出贡献。最终，我们希望它也将有助于理解我们如何构建可以帮助患者的实际人造器官。