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2024年5月5日，Bio-protocol 期刊在線發(fā)表了德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)(Ruhr-Universität Bochum)Holm Zaehres團(tuán)隊(duì)題為“Generation of Skeletal Muscle Organoids from Human Pluripotent Stem Cells” 的方法文章。
關(guān)鍵詞：骨骼肌 類器官 肌肉生成 誘導(dǎo)多能干細(xì)胞 衛(wèi)星細(xì)胞 PAX7 疾病模型 肌肉營(yíng)養(yǎng)不良癥
類器官(Organoids)指利用成體干細(xì)胞或多能干細(xì)胞進(jìn)行體外三維(3D)培養(yǎng)而形成的具有一定空間結(jié)構(gòu)的組織類似物。盡管類器官并不是真正意義上的人體器官,但能在結(jié)構(gòu)和功能上模擬真實(shí)器官,能夠最大程度地模擬體內(nèi)組織結(jié)構(gòu)及功能并能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定傳代培養(yǎng)。
一. 背景介紹
在人類疾病模型的研究中，基于人類干細(xì)胞的體外模型逐漸取代傳統(tǒng)的動(dòng)物模型，特別是在遺傳性疾病的研究領(lǐng)域。這種方法利用患者特定的細(xì)胞進(jìn)行重編程，從而能夠針對(duì)每一種遺傳病生成相應(yīng)的細(xì)胞系，進(jìn)一步研究病理表型及其分子機(jī)制。美國(guó)食品和藥物管理局的現(xiàn)代化法案2.0也推動(dòng)了這一領(lǐng)域的發(fā)展，鼓勵(lì)使用細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)進(jìn)行新藥的測(cè)試。多能干細(xì)胞（PSCs）的分化方法已被證實(shí)可以有效地引導(dǎo)這些細(xì)胞向骨骼肌細(xì)胞分化，這一過(guò)程涉及激活WNT途徑、抑制BMP途徑以及應(yīng)用FGF等因子。最近，三維（3D）分化技術(shù)因其能夠模擬細(xì)胞間的復(fù)雜交互和微環(huán)境而成為研究熱點(diǎn)，這對(duì)于理解和模擬如杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良等肌肉退行性疾病的發(fā)病機(jī)制具有重要意義。
二. 方法亮點(diǎn)
1. 該方法能夠分析從早期胚胎到胎兒階段的肌肉生成，為研究肌肉發(fā)展提供了一個(gè)有力的工具。
2. 該體系能夠在體外環(huán)境中提供骨骼肌前體細(xì)胞，這些細(xì)胞可以在培養(yǎng)器中維持長(zhǎng)達(dá)14周，這對(duì)于研究肌肉的長(zhǎng)期發(fā)展和病理改變具有重要意義。
3. 利用患者特定的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs），可以繞過(guò)患者肌肉活檢的瓶頸，為研究健康及疾病狀態(tài)下的人類肌肉生成提供了新途徑。
三. 潛在應(yīng)用
1. 疾病建模和研究
利用患者特定的誘導(dǎo)多能干細(xì)胞（iPSCs）生成的骨骼肌類器官，可以模擬各種遺傳性肌肉疾?。ㄈ缍攀霞I(yíng)養(yǎng)不良癥）的發(fā)展，以研究病理機(jī)制和早期表型。
2. 藥物測(cè)試和篩選
通過(guò)在體外模型中模擬人類肌肉的生長(zhǎng)和病理變化，這種系統(tǒng)可以用于測(cè)試和篩選潛在的治療藥物，加速藥物開(kāi)發(fā)過(guò)程。
3. 基因治療研究
利用這種模型可以探索和優(yōu)化針對(duì)特定遺傳病變的基因治療策略，如通過(guò)CRISPR/Cas9技術(shù)針對(duì)特定基因的編輯。
四. 可重復(fù)性驗(yàn)證
這個(gè)方法的可重復(fù)性已經(jīng)被本文作者德國(guó)波鴻魯爾大學(xué)(Ruhr-Universität Bochum)Holm Zaehres團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證過(guò)，相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果發(fā)表在Elife,DOI:10.1093/nar/gku1255。