【科学普及】肠道的守护神——肠道干细胞(5)

四、肠道干细胞与类器官
体外细胞培养技术是生物学中常用的研究细胞特点和功能的方法，这些技术一直致力于向更贴近体内生理特征的方向上发展。早在20世纪80年代，研究人员就建立了肠上皮的细胞系，仅包含单一的肠上皮细胞类型。然而，由于肠上皮细胞的多样性和复杂性，细胞系不能准确研究肠上皮的功能。随后1992年研究者报道了乳鼠原代肠上皮细胞体外3D培养的方法。经过这些方法的改进，可以成功地培养人类胎儿来源的肠上皮。然而，这些方法仅能在体外培养原代细胞2周，无法完全模拟肠上皮细胞的长期更新。Sato等人在2009年建立了一种称为类器官的3D培养方法。这种三维培养技术使成年哺乳动物干细胞显示出其显著的自组装特性，所产生的肠上皮细胞有极性地有序排列，具有类似隐窝、绒毛样的结构域，包含肠上皮中的主要细胞类型，并保留了营养吸收和屏障功能等功能性特征。
在该系统中，肠道隐窝甚至单个Lgr5阳性干细胞可以在Matrigel基质上用包括R-Spondin1、Noggin和EGF等微环境因子的培养基形成肠类器官，并能进行长期培养。值得注意的是，肠类器官只包含上皮组织的细胞类型，不包含肠道内基底组织等微环境细胞，但可以通过与基质细胞、免疫细胞共培养等方式对肠类器官进行优化。
肠道类器官可以用来模拟肠道器官的发育以及肠道疾病的病理过程，肠道类器官技术已经被应用在多个肠道相关疾病研究中。有研究表明，肠腺瘤中的Lgr5阳性细胞可产生所有其他腺瘤细胞类型。因此，类器官培养系统已成为探索肿瘤生物学的一种有希望的新工具。全外显子基因组测序表明，结直肠癌肿瘤细胞的突变谱和拷贝数变化在类器官中得到了忠实的再现。另外，我们的肠道因为其所处的微环境不断受到细菌和毒素的挑战，其不可控性和复杂性使得利用动物模型在体内模拟该病理过程有很多的限制因素和不确定性。利用类器官技术模拟细菌与肠上皮细胞的相互作用或毒素诱导的肠上皮损伤，相比动物模型更容易操作。同时可以消除人与动物之间的差异，更具代表性。