科学家们开发胚胎组织芯片

任何时候胚胎细胞或组织都会出现在科学中，辩论和道德讨论肯定会随之而来。然而，拥有适当的体外模型不仅可以使人类生物学的各个方面更加准确，而且还可以减轻许多伦理问题。但是，尽管成人组织有了一些进步，但在模拟人类胚胎的早期发育过程时，事情变得复杂起来。然而，现在，瑞士联邦理工学院洛桑(EPFL)生物工程研究所的科学家们从胚胎干细胞开始模拟体外胚胎形成的各个方面。这项新研究的结果最近在“自然方法”上发表，标题为“用于空间控制人类多能干细胞图案化的工程信号中心。“

“一般来说，可靠地构建生物体外组织的一个棘手问题是如何在正确的时间和剂量下向培养细胞提供关键信号分子，也称为形态发生素，”EPFL教授MatthiasLütolf博士解释说。研究的高级研究员和研究小组领导了这项研究。“简单地将一系列干细胞暴露于单一浓度的形态发生素，最终导致不受控制的形态发生，因为这些细胞缺乏重要指导。”

然而，在发育中的胚胎中，干细胞从所谓的“信号传导中心”接受高度动态的形态发生素浓度范围。正是这种形态发生的梯度告诉干细胞成为什么类型的特化细胞和组织。为了研究这个原理，研究小组开发了一种方法，将培养的人胚胎干细胞暴露于形态发生的梯度，模仿原肠胚的真实条件 - 胚胎发育的早期阶段，其细胞开始转化为不同的细胞类型和组织。

新设计的方法涉及在微流体装置中培养干细胞，微流体装置是具有小通道的芯片，其允许精确控制微量流体。研究人员在微流控芯片上的培养室中培养干细胞，并能够将它们暴露于各种形态发生素的精心控制的浓度梯度。

令人惊讶的是，细胞发育并组织成不同细胞类型的区域，这取决于它们在体内暴露的浓度。事实上，科学家们报告说，他们能够成功地模仿原肠胚形成的各个方面，为实验室中特定人体组织的生长铺平了道路。

“我们假设设计一个人工信号中心'离体'可以让我们引导干细胞群体的自组织达到理想的结果，”首席研究调查员Andrea Manfrin博士解释说，他是Lutolf Group的科学家。“这对于组织和器官工程具有明显的优势。”

这些优势包括用于药物测试和再生医学的新工具。这项新技术还可以帮助科学家研究与发育生物学相关的过程，如原肠胚 - 并可以在某些研究领域提供动物实验的替代方案。

“我们的长期目标之一是设计用于移植的器官，”Lütolf总结说，他已经与洛桑大学医院(CHUV)和其他地方的团体合作，从患者来源的细胞中产生小型器官(类器官)。“我们仍远未培养出一道菜中的功能性器官，但最近在干细胞生物学和生物工程方面的进展使我乐观地认为这可以成为现实。关键是要更好地了解细胞如何在胚胎中构建组织和器官。“

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