通过将被称为水凝胶的工程聚合材料与由人多能干细胞制成的复杂肠组织(称为类器官)相结合，研究人员迈出了重要的一步，以开发一种新技术来控制这些类器官的生长并将其用于治疗肠道伤口可能是由炎症性肠病(IBD)等疾病引起的。

乔治亚理工学院和密歇根大学的研究人员于10月23日在《自然细胞生物学》杂志上发表了这项研究。该研究是在动物模型中完成的，得到了​​美国国立卫生研究院，克罗恩氏和结肠炎基金会以及由埃默里大学，乔治亚理工大学和乔治亚大学运营的再生工程与医学研究中心的支持。

作者使用工程水凝胶创造了3D生长环境-被称为基质-为类器官生长提供了最佳的物理和生化支持。由密歇根大学内科学副教授，研究合著者Jason Spence率先提出的创建这种生长环境的早期方法，是使用源自肿瘤细胞系的天然基质。由于潜在的人畜共患感染，动物产品的使用是一项重大的临床挑战，这种感染可能会从动物传播到人类。

研究合著者和Aldred Scott Warthin指出：“使用小鼠肿瘤来源的基质将限制这些类器官技术在人类的任何未来应用，这项工作为专门针对临床应用的研究打开了大门。”密歇根大学医学院教授兼实验病理学主任。

研究小组证明，除了在组织培养培养箱中的工程水凝胶中生长类器官外，该水凝胶还可以像胶水一样发挥作用，允许类器官粘附在适当的位置，并在移植到受伤的小鼠肠道后有助于伤口愈合。这一成功可能会为一种新型疗法指明道路，该疗法旨在修复人体的肠道损伤，并可能修复其他器官的损伤。

佐治亚理工学院伍德拉夫机械学院的摄政教授安德烈斯·J·加西亚说：“我们已经证明水凝胶基质可以帮助人体肠类器官(HIOs)植入肠道组织，它们可​​以分化并加速伤口的愈合。”工程。“这项工作提供了在治疗环境中使用干细胞来源的人肠类器官的原理证明。”

由于水凝胶基于定义的合成材料，因此它们在体内潜在的治疗用途方面具有优势。

密歇根大学的博士后研究员兼共同主要作者MiguelQuirós说：“这些合成的生物工程水凝胶的完全定义的性质，使其非常适合将来在人类使用HIO进行治疗的情况下用于人类患者。”研究。Nusrat补充说：“在这项工作中，我们证明了水凝胶有助于将HIOs移植到受伤的小肠中，这表明该技术对于治疗由炎症性肠病等疾病引起的小肠损伤具有重要意义。”

佐治亚理工学院开发的合成基质可以轻松修改，以适应宿主细胞的需要。例如，该论文的共同主要作者佐治亚理工大学研究生RicardoCruz-Acuña在确定由96%的水组成且含有特定细胞粘附肽的水凝胶最适合HIO之前，对几种组合进行了试验。

Quirós和Cruz-Acuña使用微型结肠镜将水凝胶以及类器官输送到免疫受损小鼠肠内形成的伤口中。植入的细胞被标记，以便以后可以检测到。四周后，HIO已完全植入受损区域，形成类似于正常组织的3D结构。合成的水凝胶消失了，取而代之的是细胞自身产生的天然细胞外基质。

“由于我们的水凝胶系统易于修改，我们只需更改其他参数即可创建支持多种类型细胞或类器官所需的机械和生物学特性，” Rae S.和Frank H. Neely主席担任主席的García说。“对于打算用于不同应用的其他电池，具体细节可能有所不同。”

下一步，研究人员希望在具有正常免疫系统的动物和疾病模型中测试其水凝胶基质。他们可能还需要优化包含HIO的水凝胶材料的输送方法，以替代研究中使用的劳动密集型技术。García，Nusrat和Spence预计，在考虑进行任何人体试验之前，可能需要在大型动物中进行试验。

除了肠道应用外，研究人员还在研究使用水凝胶将类器官传递到受损的肾脏和肺部。