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组织的几何形状或会引导类器官的形成

干细胞衍生的类器官是体外组织和器官的模拟物,其能作为研究人类器官发育和疾病发生的重要模型,同时也能作为药物发现和诊断的平台,对于设计新型细胞和基因疗法也至关重要。

目前研究人员并不清楚类器官发育背后的干细胞自组装过程是如何被控制的,从而就会导致现有的类器官培养物普遍缺乏可重复性,比如小鼠肠道类器官中隐窝样结构的位置和数量是无法进行控制的,而且类器官的形状、大小和多细胞组成也是无法控制的,目前类器官模型的较高变异性给基于类器官的基础和转化研究带来了重大的挑战。

科学家们通过研究发现,形状或许会引导类器官的生长。研究者表示,对类器官形成和所产生结构进行控制既能帮助理解潜在的形态发生机制,还能帮助建立与“本地对应物”更为相似的模型。真实器官的最终功能结构是上皮细胞自组装程序和外在微环境控制器之间相互作用的产物,从体内发育中得到启发,研究人员利用外部调节机制来补充类器官的自组装,研究人员能尝试通过物理特性来控制肠道类器官的模式和形态发生,尤其是组织自身的初始几何形状。

文章中,研究人员开发了生物工程性策略,通过水凝胶力学的原位模式和水凝胶微加工模式,从外部来控制肠道干细胞的自组装过程;他们发现,微环境力学的局部模式和预定的水凝胶微貌或能用来建立具有可控最初尺寸和形状的类器官,同时研究者还能预测并影响其发育的过程,尤其是隐窝结构的数量和未知。研究人员能利用对类器官发育的可预测性来识别出上皮细胞模式化背后的基本机制。

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