2020年12月14日 訊 /生物谷BIOON/ --近日，一項刊登在國際雜誌Cell Systems上的研究報告中，來自匹茲堡大學等機構的科學家們通過研究將合成生物學與機器學習算法相結合，利用血液和膽汁處理系統創建出了人體肝臟類器官，當植入到肝臟衰竭的小鼠體內後，實驗室培養的替代肝臟就能有效延長小鼠的壽命。基於本文研究結果，未來研究人員或許有望在犧牲精度或控制的情況下誘發並加速實驗室培養的器官的成熟。
醫學博士Mo Ebrahimkhani指出，懷孕長達漫長的10個月，出生後機體的新生器官需要較長時間甚至數月才能夠成熟，但如果一個人需要肝臟的話，或許等不了那麼長時間；本文研究結果表明，我們能夠在17天時間內得到具有四種主要細胞類型和血管的人類肝臟組織，同時只需要三個月時間就能讓其發育成熟到妊娠晚期階段的狀態。
圖片來源： Velazquez et al.(2020), Cell Systems.
如今其他研究人員嘗試使用生長因子在培養皿中誘導類器官的成熟，但這代價較高，而且會得到不一致的結果，且很容易發生人為錯誤；研究者表示，通常情況下會有不需要的組織或細胞類型出現，比如腸道細胞或腦細胞會生長在固體肝臟組織的中間。而遺傳工程技術就比較乾淨，但其協調發揮作用起來較為複雜，於是研究人員就通過聯合研究使用一種機器學習系統來逆向工程化人類肝臟成熟所必需的基因。
隨後研究者利用包括CRISPR在內的遺傳工程化技術來講大量成熟的肝臟組織（來自人類幹細胞）轉化成為「預先設定的肝臟類器官」。獲得的類器官越成熟，就會有越多的毛細血管和未發育的膽管細胞穿過薄薄的組織薄片，而這種微小器官的功能就越接近於其全尺寸的自然人體模型，能量儲存、脂肪積累、化學物質轉運、酶的活性以及蛋白質的產生都更接近於成年人提肝臟的功能（儘管其仍然不能完全匹配）。
這項研究中，研究人員想像的類器官應擁有三種主要用途，即藥物發現、疾病建模和器官移植；由於幹細胞來源於患者機體，而實驗室培養的器官能夠進行個體化處理，所以並不會有免疫排斥的威脅出現。當移植到肝臟受損的小鼠機體中時，這種新型肝臟類器官就能政工整合到動物機體中，並能持續發揮作用，即產生出現在動物血液中的蛋白質並延長動物的壽命。
最後研究者Ebrahimkhani說道，這或許是一項原則性的證明，表明該技術或許有可能未來會被更加廣泛地使用。我們所參考的是自然設計的人類肝臟，但你可以選擇任何你喜歡的設計方式，比如，可以通過遺傳開關來保護組織免受病毒損傷，並以病毒的DNA為靶點來摧毀它，這或許就會使得這種新方法變得與眾不同。（生物谷Bioon.com）
原始出處：
Jeremy J.Velazquez，RyanLe Graw，Farzaneh Moghadam, et al. Gene Regulatory Network Analysis and Engineering Directs Development and Vascularization of Multilineage Human Liver Organoids, Cell Systems (2020) doi:10.1016/j.cels.2020.11.002