營養(yǎng)液中漂浮的是一塊實(shí)驗(yàn)室培育的微型肝臟，科學(xué)家有望利用它，在攻克人類疾病的道路上更進(jìn)一步。
肝臟，人體重要的內(nèi)臟器官，肩負(fù)著許多重任，其中包括幫助消化和過濾血液。上面的這團(tuán)肉看上去很像人類的肝臟，但它其實(shí)并不是從人身上摘取的。這塊微型肝臟是科學(xué)家用人體細(xì)胞培育出來的，它也是到目前為止科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室培育的最復(fù)雜的器官。
更重要的是，正如發(fā)表于8月6日《細(xì)胞代謝》雜志的報(bào)告所指出的，研究團(tuán)隊(duì)有非常明確的目標(biāo)：他們想讓這塊肝臟生病。
隨著肥胖的人越來越多，非酒精性脂肪肝的發(fā)病率也在增加，也就是說脂肪聚集在肝細(xì)胞內(nèi)，最終導(dǎo)致器官衰竭。僅美國，目前有8000萬至1億人深受其擾，但我們?nèi)圆磺宄∏榘l(fā)展情況。
在了解多種疾病的遺傳學(xué)基礎(chǔ)方面，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)帶來很多幫助，但老鼠和人類在生物學(xué)方面存在巨大的差異。最近這項(xiàng)驗(yàn)證性概念研究讓我們注意到，微型肝臟是一種很有前景的研究方法，可以用來研究病情發(fā)展、檢驗(yàn)治療方法，并深入了解肝臟的基本功能和功能障礙。
舊金山加州大學(xué)的肝臟研究員Joe Segal沒有參與此次研究，他表示：“這是一種非常巧妙的嘗試……創(chuàng)造出功能性組織來模擬肝臟疾病，這是一種非常人性化的研究方式。”
匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)院的資深研究著者Alejandro Soto-Gutierrez說：“我認(rèn)為這就是未來：合成、制造人類肝臟，自由地操縱它們的基因組模仿疾病，以此研究生物學(xué)?！?/p>
如何培育肝臟
微型器官，通常被稱為類器官，正變得越來越普遍：科學(xué)家培育出了微小版本的大腦、胃、食管等。這些誕生于實(shí)驗(yàn)室的器官大多非常小，由直徑只有幾毫米甚至幾百微米的細(xì)胞簇組成。雖然這些類器官已經(jīng)徹底改變了生物學(xué)和醫(yī)學(xué)研究，但它們的作用有限，只能以非常簡單的方式模擬器官的功能。
關(guān)于最新研究中的微型肝臟，科學(xué)家希望模擬出更復(fù)雜的、與現(xiàn)實(shí)中一樣大的肝臟，它們的寬度能達(dá)到5到7.6厘米。為此，Soto-Gutierrez和同事收集了人類的皮膚細(xì)胞，并對基因組做出了重要調(diào)整，只需一滴藥物，研究人員就可以抑制特定基因的活性。
他們的目標(biāo)是SIRT1基因。科學(xué)家通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這個(gè)基因?qū)τ诟闻K內(nèi)的脂肪積累有重要作用。接著，研究人員重新設(shè)定了皮膚細(xì)胞，將之恢復(fù)成所謂的多功能干細(xì)胞（這種細(xì)胞可以發(fā)育成人體的任何一種細(xì)胞），并引導(dǎo)它們生長成肝細(xì)胞。
一種名為生物反應(yīng)器的設(shè)備負(fù)責(zé)維持微型肝臟的生命，為它提供氧氣和營養(yǎng)。借助這個(gè)系統(tǒng)，科學(xué)家可以觀察疾病的發(fā)展情況，并在史無前例的人體器官模型中檢驗(yàn)治療方法
但培養(yǎng)皿中的細(xì)胞與完整的器官相差甚遠(yuǎn)，而且它們還需要某種結(jié)構(gòu)才能呈現(xiàn)出我們熟悉的肝臟形態(tài)。于是，研究團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了大鼠。
此前的研究發(fā)現(xiàn)，有一種清潔劑可以去除大鼠肝臟中嚙齒動(dòng)物特有的組織，留下一個(gè)半透明的肝臟結(jié)構(gòu)。威克森林大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Shay Soker解釋說，這不僅提供了結(jié)構(gòu)，還可以標(biāo)志出組織維持和發(fā)育情況。Soker沒有參與最新研究，但他曾做過類似的工作：利用動(dòng)物結(jié)構(gòu)培養(yǎng)人類肝臟。
“和過去的研究相比，這正是這項(xiàng)工作的美妙之處，它實(shí)際上是一個(gè)沒有支架、沒有母體的系統(tǒng)。”
研究人員把改造過的肝細(xì)胞，與和人類肝臟中其他類型的細(xì)胞一起，送入透明結(jié)構(gòu)內(nèi)，比如免疫系統(tǒng)細(xì)胞（巨噬細(xì)胞）和組織支持細(xì)胞（纖維原細(xì)胞）。大約三四天后，微型肝臟開始成型。
最后，研究人員滴入了抑制SIRT1活性的藥物，讓肝臟生?。粌H24小時(shí)，肝臟開始長出脂肪。
“你可以看到生病的過程，”Soto-Gutierrez說道。
承載厚望的小肝臟
完成后的微型肝臟酷似患病的人類肝臟，包括肝臟中收集到的脂肪。Soto-Gutierre表示，更令人興奮的是，功能也相仿：患病的人類肝臟中有50個(gè)代謝通路，其中41個(gè)也出現(xiàn)在微型肝臟中。
Soto-Gutierrez說：“這讓我想到，我們真的可以利用干細(xì)胞和微型肝臟，在體外模擬疾病情況和器官功能?！?/p>
研究人員希望這項(xiàng)工作能幫助解決非酒精性脂肪肝最大的一個(gè)問題：早期診斷。目前的診斷需要活體組織切片，這是一種侵入性操作，不是隨便就可以進(jìn)行的。通過研究這種疾病在微型肝臟中的發(fā)展情況，研究人員或?qū)⒛苷业礁菀讬z測的標(biāo)記物。
當(dāng)然，這個(gè)系統(tǒng)還不完善。比如，Soto-Gutierrez指出，肝病比抑制單個(gè)基因的表達(dá)復(fù)雜得多。Segal也表示，目前還不清楚，實(shí)驗(yàn)室培育的肝細(xì)胞是否與人體肝細(xì)胞的功能完全相同，這對于所有用實(shí)驗(yàn)室培育人類肝臟的研究來說，都是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。
“現(xiàn)在仍然很難在體內(nèi)環(huán)境中精準(zhǔn)復(fù)制人類肝臟?！?/p>
但最新的成果為未來多種疾病的研究帶來了希望，或許有朝一日，科學(xué)家可以在實(shí)驗(yàn)室里培育出真實(shí)大小的肝臟，用于器官移植。目前，大多數(shù)器官接收者必須服用藥物，防止出現(xiàn)排斥反應(yīng)。但如果醫(yī)生能在實(shí)驗(yàn)室里，用病人自己的細(xì)胞培育器官，也許患者就不必終生服藥了。
雖然實(shí)現(xiàn)這項(xiàng)技術(shù)還需要多年的研究，但Soto-Gutierrez對未來很有信心。他打算試著控制更多基因，并建立更復(fù)雜的系統(tǒng)來研究疾病。
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