在一項新的研究中，美國辛辛那提兒童醫院醫學中心多能性幹細胞部門主任Jim Wells博士及其團隊在培養皿中利用多能性幹細胞培育出產生胃酸和消化酶的人胃底(stomach fundus)組織。相關研究結果於2017年1月4日在線發表在Nature期刊上，論文標題為“Wnt/β-catenin promotes gastric fundus specification in mice and humans”。這項研究是在Wells團隊培育出胃部的激素產生區域(即胃竇)兩年後開展的。

        這一發現意味著科學家們如今能夠培養出人胃部的部分區域，從而以前所未有的方式研究疾病，為開發新的療法構建模型，以及理解人胃部發育和健康。

        Wells說，“鑒於我們能夠培育人胃竇和胃底微器官，研究這些人胃組織如何在生理學上相互作用，對感染和損傷作出不同的應對，和對藥物治療作出反應。胃部疾病影響美國上百萬人，而且胃癌是全世界第三大癌症相關死亡的病因。”

        自2010年以來，Wells領導的或聯合領導的研究團隊獲得一係列發現：利用能夠變成人體內任何一種細胞類型的人多能性幹細胞培育出人胃部和腸道的部分區域。這項新的研究是基於 這些發現開展的。他們正利用這些組織鑒定人胃腸道疾病的病因和治療方法。

        這一係列發現包括2016年11月21日發表在Nature Medicine期刊上的一項研究(Nature Medicine, doi:10.1038/nm.4233)，在這項研究中，科學家們培育出帶有腸神經係統的人腸道組織。這些高度功能性的組織能夠吸收營養物，並且表現出蠕動，即將食物從胃腸道的一端運送到另一端的腸道肌肉收縮。

        從頭開始

        在當前的這項研究中，研究人員遇到的一個重大挑戰是對在胚胎發育期間胃部在正常情形下如何形成缺乏基本的了解。

        Wells解釋道，“在我們首次鑒定出胃部在正常情形下在胚胎中如何形成之前，我們不可能在培養皿中構建出人胃組織。”

        為了填補這一空白，研究人員利用小鼠研究了胚胎胃部發育背後的遺傳學特征。

        研究人員發現一種關鍵性的信號通路WNT/β-catenin在指導小鼠胚胎中的胃底區域發育時發揮著至關重要的作用。此後，他們在培養皿中對WNT/β-catenin進行操縱來觸發人多能性幹細胞產生人胃底類器官(fundus organoids)。

        研究人員隨後對這一過程進行優化，鑒定出促進胃底的關鍵性細胞類型產生的其他分子信號通路。這些關鍵性的細胞類型包括主細胞(chief cell)和壁細胞(parietal cell)，其中主細胞產生一種關鍵性的消化酶，即胃蛋白酶，而壁細胞分泌用於消化的胃酸和用於協助腸道吸收維生素B-12的內在因子。維生素B-12在製造血細胞和維持健康的神經係統中發揮著至關重要的作用。

        Wells說，在培養皿中讓人多能性幹細胞產生人胃底組織需要大約6周的時間。

        原始出處

        Kyle W. McCracken, Eitaro Aihara, Baptiste Martin, Calyn M. Crawford, Taylor Broda, Julie Treguier, Xinghao Zhang, John M. Shannon, Marshall H. Montrose & James M. Wells.Wnt/β-catenin promotes gastric fundus specification in mice and humans.Nature.20166