通过将称为水凝胶的工程聚合物材料与称为类器官的复杂肠组织(由人类多能干细胞制成)相结合，研究人员迈出了重要的一步，创造了一种控制这些类器官生长的新技术，并将其用于治疗肠道创伤。这可能是由炎症性肠病(IBD)等疾病引起的。

乔治亚理工学院和密歇根大学的研究人员在10月23日的“自然细胞生物学”杂志上报道了这项研究。这项研究是在动物模型中完成的，得到了​​美国国立卫生研究院，克罗恩病和结肠炎基金会以及埃默里大学，乔治亚理工学院和佐治亚大学的再生工程和医学研究中心的支持。

作者使用工程水凝胶创建了一个3D生长环境 - 称为基质 - 为器官生长提供了最佳的物理和生化支持。研究共同作者，密歇根大学内科医学副教授Jason Spence开创的早期创建这种生长环境的方法使用了源自肿瘤细胞系的天然基质。由于潜在的人畜共患感染可以从动物传播给人类，因此动物产品的使用是一项重大的临床挑战。

“使用小鼠肿瘤衍生基质将限制这些类器官技术在人类中的任何未来应用，这项工作为专门针对临床应用的研究打开了大门，”研究合着者和Aldred Scott Warthin的Asma Nusrat指出。密歇根大学医学院教授兼实验病理学主任。

除了在组织培养箱中允许工程水凝胶内的类器官生长外，研究小组还证明水凝胶可以像胶水一样起作用，允许类固醇粘在原位，并在移植到受伤的小鼠肠道时有助于伤口愈合。这一成功可能指向一种旨在修复人类肠道损伤的新型治疗方法，并可能用于修复其他器官的损伤。

“我们已经证明水凝胶基质有助于人体肠道类器官(HIO)进入肠组织，它们可​​以分化并加速伤口的愈合，”佐治亚理工学院伍德拉夫机械学院的Regents教授AndrésJ.García说。工程。“这项工作提供了在治疗环境中使用干细胞衍生的人体肠道类器官的原理证据。”

因为水凝胶基于确定的合成材料，它们为体内潜在的治疗用途提供了优势。

“这些合成生物工程水凝胶的完全定义性质可以使它们成为未来HIO用于治疗的人类患者的理想选择，”密歇根大学博士后研究员兼联合主要作者MiguelQuirós说。研究。Nusrat补充说：“在这项工作中，我们证明了水凝胶有助于将HIO移植到受伤的肠道中，这表明这种技术对于治疗由炎症性肠病等疾病引起的肠道损伤具有重要意义。”

佐治亚理工学院开发的合成基质可以很容易地修改，以满足托管细胞的需要。例如，佐治亚理工学院的研究生Ricardo Cruz-Acuña，该论文的共同主要作者，在确定由96%的水组成并含有特定细胞粘附肽的水凝胶是HIO的理想之前，试验了几种组合。

使用微小的结肠镜，Quirós和Cruz-Acuña将水凝胶和类器官一起送入免疫受损小鼠肠道的伤口。对植入的细胞进行标记，以便稍后检测。四周后，HIO完全植入受伤区域，形成类似于正常组织的3D结构。合成水凝胶已经消失，取而代之的是细胞自身产生的天然细胞外基质。

“因为我们的水凝胶系统很容易被修改，我们可以改变其他参数来创造支持许多类型细胞或类器官所需的机械和生物特性，”持有Rae S.和Frank H. Neely主席的García说。“对于用于不同应用的其他电池，具体细节可能不同。”

作为后续步骤，研究人员希望在具有正常免疫系统和疾病模型的动物中测试他们的水凝胶基质。他们可能还需要优化输送含有HIO的水凝胶材料的方法，以取代研究中使用的劳动密集型技术。García，Nusrat和Spence期望在考虑任何人体试验之前可能需要对大型动物进行试验。