近年來，三維類器官被廣泛應(yīng)用于人體器官或組織的生物學(xué)和病理學(xué)研究。同時，不同器官和組織之間的相互作用通常對發(fā)育和維持身體功能至關(guān)重要，因此需要建立更復(fù)雜的類器官模型，以更好地再現(xiàn)發(fā)育不同組織之間的相互作用。
神經(jīng)肌肉骨骼（Neuromusculoskeletal， NMS）軸是機(jī)體的樞紐，其功能障礙與多種疾病高度相關(guān).神經(jīng)肌肉骨骼軸中的組織（神經(jīng)、肌肉和骨骼組織）在其發(fā)育的開始階段相互作用。骨骼組織對于發(fā)育生理相關(guān)的骨骼肌和神經(jīng)肌肉神經(jīng)支配至關(guān)重要。然而，完整的神經(jīng)肌肉骨骼軸（即包括所有三種類型的組織——神經(jīng)、肌肉和骨骼）的發(fā)育和相互作用尚未使用人類細(xì)胞通過裝配或共發(fā)育策略進(jìn)行建模。
2024年12月9日，上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院向陽飛課題組（博士生尹瑤、周偉、朱金奎為共同第一作者）在 Cell 子刊 Cell Stem Cell 上發(fā)表了題為：Generation of self-organized neuromusculoskeletal tri-tissue organoids from human pluripotent stem cells 的研究論文。
該研究利用人類多能干細(xì)胞（hPSC）構(gòu)建了首個自組織的人類神經(jīng)肌肉骨骼類器官（human neuromusculoskeletal organoid，hNMSO），為研究人類神經(jīng)肌肉骨骼軸及相關(guān)疾病提供了人源體外模型。
2024年8月27日，向陽飛團(tuán)隊（龐溦、朱金奎為共同第一作者）在 Cell Stem Cell 期刊發(fā)表了題為：Generation of human region-specific brain organoids with medullary spinal trigeminal nuclei 的研究論文【2】。
該研究應(yīng)用人類多能干細(xì)胞（hPSC）的定向三維分化，開發(fā)了一種生成具有延髓脊髓三叉神經(jīng)核團(tuán)（Spinal trigeminal nucleus，SpV）特定特征的人類腦區(qū)特異大腦類器官的方法，即人類延髓SpV樣類器官（hmSpVO）。還開發(fā)了一個類器官系統(tǒng)，通過融合hmSpVO和人類丘腦類器官（hThO），創(chuàng)建了SpV和丘腦之間的三叉丘腦投射，為理解人類大腦中SpV的發(fā)育、相關(guān)神經(jīng)回路和相關(guān)大腦疾病提供了一個新平臺。
人體的功能需要不同組織之間的交互作用。神經(jīng)肌肉骨骼（NMS）軸涉及神經(jīng)、肌肉和骨骼組織，而使用人類細(xì)胞進(jìn)行建模仍具有挑戰(zhàn)性。
在最新發(fā)表的研究中，研究團(tuán)隊?wèi)?yīng)用了人類多能干細(xì)胞（hPSC）的三維分化，構(gòu)建了人類神經(jīng)肌肉骨骼類器官（human neuromusculoskeletal organoid，hNMSO）。
與該團(tuán)隊此前通過將單獨(dú)制備的類器官通過融合來構(gòu)建中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)相互作用的策略不同，此次構(gòu)建的hNMSO中的三個不同組織（神經(jīng)、肌肉和骨骼組織），在單個hNMSO以自組織的方式發(fā)育。
在發(fā)育過程中，hNMSO的神經(jīng)、肌肉和骨骼區(qū)域表現(xiàn)出成熟和建立功能連接。值得注意的是，結(jié)構(gòu)、功能和轉(zhuǎn)錄組分析表明，hNMSO的骨骼支持有益于人類的肌肉發(fā)育。hNMSO模型也揭示了病理性骨骼變性后的神經(jīng)肌肉改變。
總的來說，該研究建立了首個神經(jīng)肌肉骨骼三組織類器官技術(shù)，從而提供了一種方便可及的體外系統(tǒng)來模擬人類神經(jīng)肌肉骨骼（NMS）的發(fā)育和疾病，為研究人類神經(jīng)肌肉骨骼組織相互作用、相關(guān)疾病機(jī)制、藥物發(fā)現(xiàn)等提供重要模型。
論文鏈接：
1. https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(24)00404-1
2. https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(24)00290-X
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