科學(xué)研究：骨骼類器官面世


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類器官（organoids）是模擬人體器官解剖學(xué)和功能的微小細(xì)胞結(jié)構(gòu)，這種在實驗室培養(yǎng)的器官模型在現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究中扮演了越來越重要的角色。模擬大腦、肺和其他器官的類器官都已經(jīng)面世很長一段時間了，但是為骨骼組織建立類器官模型卻非常困難。這是因為不同類型的骨骼細(xì)胞都存在于特殊的細(xì)胞外基質(zhì)中，而這里的細(xì)胞外基質(zhì)是一套由膠原蛋白和礦物質(zhì)組成的網(wǎng)絡(luò)，它們一直處在不斷變化的狀態(tài)下。此前已經(jīng)有研究人員嘗試構(gòu)建骨骼的類器官，但他們并沒有捕捉到骨細(xì)胞是如何與這種基質(zhì)同時形成并與之相互作用的。研究人員表示，現(xiàn)在他們已經(jīng)建立了一套逼真的骨骼模型，或許可以更好地應(yīng)對一系列具有挑戰(zhàn)性的骨骼疾病。


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荷蘭拉德堡德大學(xué)醫(yī)學(xué)中心的細(xì)胞生物學(xué)家阿納·阿基瓦（Anat Akiva，這項研究的主要作者）表示，發(fā)表于《先進功能材料》（Advanced Functional Materials）雜志的研究展示了首個骨骼類器官，并提供了一個在骨骼形成時非常關(guān)鍵的早期階段的“綜合視角”。阿基瓦和同事發(fā)現(xiàn)，當(dāng)他們使用機械力模擬人體骨骼形成所需的壓力時，他們不僅能使骨髓干細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)樵旃羌?xì)胞和生長調(diào)節(jié)骨細(xì)胞，還能使細(xì)胞分泌完成后續(xù)功能所需的所有蛋白質(zhì)。研究人員在實驗過程中還成功刺激了一種細(xì)胞外基質(zhì)的生長，這個過程與人體骨骼組織的生長非常類似。經(jīng)過4周的培養(yǎng)，研究人員最終獲得了由骨質(zhì)結(jié)構(gòu)相互交織的微型圓柱體，這種骨組織相當(dāng)于在人體骨骼中最先出現(xiàn)的那部分，隨后它們會被一種更成熟的骨組織替代。


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利用這套工具，研究人員就可以在分子水平研究造骨過程中可能出現(xiàn)的問題。相關(guān)問題導(dǎo)致的骨骼疾病影響了全世界數(shù)千萬人的生活。這其中有一種被稱為“成骨不全癥”的疾病，它是一種會削弱病人細(xì)胞外基質(zhì)的遺傳疾病，使患者在一生中可能會發(fā)生數(shù)百次自發(fā)性骨折。另外，像骨肉瘤之類的骨癌也和成骨功能異常有關(guān)，而這個模型可以幫助研究人員探索癌細(xì)胞是如何進入細(xì)胞外基質(zhì)，并形成額外的骨頭的。
骨骼類器官還能幫助醫(yī)生研發(fā)高度個性化的療法，蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院生物力學(xué)研究所的副主任拉爾夫·米勒（Ralph Müller，并未參與這項研究）表示。研究人員在設(shè)計治療方案時，可以從病人的活體骨骼組織樣本中培養(yǎng)類器官，然后檢測該病人的骨骼如何對不同的干預(yù)作出反應(yīng)。“有了一套可靠的骨骼成形系統(tǒng)，”阿基瓦說，“我們可以從細(xì)節(jié)上研究到底是哪里出了問題，我們能否解決這些問題，以及應(yīng)該如何解決。”
撰文：安娜·戈書亞（Anna Goshua）
翻譯：郭曉
引進來源：環(huán)球科學(xué)


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