两种细胞类型共同形成一个复杂的神经元网络，该网络指导肌肉组织收缩。在《神经干细胞》杂志上描述的神经肌肉类器官是人类神经肌肉系统发育和疾病研究的突破。

身体运动的控制是通过复杂的神经肌肉网络实现的，该网络包括运动所需的神经元活动的节律模式的生成。该网络中的缺陷是导致瘫痪和死亡的不可治愈的神经肌肉疾病的原因。由于可靠的人类细胞培养模型的可用性有限，研究影响该系统的疾病非常困难。

有几个独特的特征使这些类器官成为神经肌肉发育和疾病的特别有吸引力的模型。一个关键特征是功能性神经肌肉接头的发展，该神经肌肉接头传输运动必需的信号。神经肌肉类器官是脊髓神经元，骨骼肌和雪旺氏细胞从同一祖细胞共同发育并形成功能性神经肌肉接头的第一个例子。此外，类器官开发了一种模仿中央模式发生器(CPG)电路的复杂电路，该电路会产生对呼吸和行走至关重要的振荡，有节奏的信号。

MDC的干细胞建模和开发负责人Mina Gouti博士说：“我们的最初目标是开发功能性神经肌肉接头，但发现超出了我们的预期，因为CPG样网络的进一步发展是令人兴奋但出乎意料的发现。”疾病实验室。“这以前没有在人体体外模型中得到证实，它提供了全新的可能性，包括研究CPG参与神经退行性疾病。”

二合一挑战

类器官是实验室中生长的微型简化的类器官结构。尽管在过去的十年中开发了用于不同组织的类器官的技术，但同时将两种不同组织类型生长为单一功能的类器官仍然是一项重大挑战。例如，为了研究人的神经肌肉接头，脊髓神经元和肌肉最初是分开生长的，后来又结合在一起并相互作用。在这种方法中，确实形成了连接，但显示出有限的功能，部分原因是缺少最重要的雪旺氏细胞。

古蒂实验室的第一作者，生物工程博士学位的学生乔治·米格尔·福斯蒂诺·马丁斯说：“如果只有一个丰富的神经元或肌肉系统然后将它们结合起来，这是非常有限的。”“这并不能真正模仿在两个系统同时发育的胚胎中发生的情况。通过将干细胞的潜能与强大的类器官技术相结合，神经肌肉类器官为研究神经肌肉疾病提供了令人振奋的模型，同时也为研究神经肌肉类疾病提供了可靠的模型。发展研究，可以在更接近胚胎中存在的3D微环境中实时分析复杂的神经肌肉电路的形成。”

正确的祖细胞类型的重要性

为了克服这一挑战，Gouti和她的同事们遵循了他们先前的发现，该发现使人类多能干细胞转化为轴向干细胞，而已知干细胞在正常胚胎发育过程中会同时产生脊髓和骨骼肌。他们将干细胞转变为所需的轴向干细胞，称为神经中胚层祖细胞。

当将轴向干细胞置于3D细胞培养物中时，它们会分化并自组织成包含脊髓神经元和骨骼肌组织的复杂结构。这导致了包含末端施旺细胞的功能性神经肌肉接头的发展，并形成了类似于中央模式发生器(CPG)的复杂脊神经网络。

古蒂说：“令人惊讶的是，两个不同的组织可以在3D模式下自组织并开发先进的功能网络。”“这些类器官在培养40天后开始收缩。这种活动是由类器官中驻留的运动神经元释放神经递质乙酰胆碱驱动的，而不是由于其他系统中自发的肌肉活动所致。我们能够证明这一点，因为乙酰胆碱受体的药理阻断足以消除肌肉收缩。”