近年來(lái)，類(lèi)器官在人類(lèi)組織與器官的生理學(xué)及病理學(xué)研究中被廣泛應(yīng)用。然而，目前多數(shù)類(lèi)器官模型僅涵蓋單一組織類(lèi)型，而組織器官的發(fā)育成熟以及人體功能的正常實(shí)現(xiàn)通常需依賴(lài)不同組織間的相互交流協(xié)作。其中，神經(jīng)肌肉骨骼軸中的組織間互作尤為關(guān)鍵，所涉及的神經(jīng)、肌肉、骨骼這三種組織在發(fā)育進(jìn)程、身體功能運(yùn)作以及疾病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中均有著緊密的聯(lián)系?，F(xiàn)階段，構(gòu)建包含神經(jīng)肌肉骨骼軸的人源類(lèi)器官模型仍面臨諸多挑戰(zhàn)。12月9日，上?？萍即髮W(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院向陽(yáng)飛課題組在國(guó)際期刊Cell Stem Cell（《細(xì)胞-干細(xì)胞》）上發(fā)表題為“Generation of self-organized neuromusculoskeletal tri-tissue organoids from human pluripotent stem cells”的研究論文，利用人類(lèi)多能干細(xì)胞構(gòu)建了首個(gè)自組織的人類(lèi)神經(jīng)肌肉骨骼類(lèi)器官（human neuromusculoskeletal organoids, hNMSOs），為研究人類(lèi)神經(jīng)肌肉骨骼軸及相關(guān)疾病提供了人源體外模型。

與通過(guò)組裝/融合不同類(lèi)器官實(shí)現(xiàn)復(fù)合構(gòu)建的技術(shù)不同，本工作通過(guò)共發(fā)育策略從人類(lèi)多能干細(xì)胞生成神經(jīng)肌肉骨骼三組織類(lèi)器官hNMSOs。該策略實(shí)現(xiàn)了三種組織的共同分化及空間自組織，從而形成含有自組織為三個(gè)區(qū)域、且互相間保持連接的三組織復(fù)合類(lèi)器官。通過(guò)組織染色、單核轉(zhuǎn)錄組與空間轉(zhuǎn)錄組分析，研究人員揭示了與真實(shí)人體組織相關(guān)的神經(jīng)、肌肉和骨骼譜系的共同出現(xiàn)和空間自組織結(jié)構(gòu)。hNMSOs的神經(jīng)區(qū)域具有腹側(cè)脊髓特異身份，免疫熒光染色和轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析鑒定了其中運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元的產(chǎn)生；逆行示蹤、多電極陣列、光遺傳刺激和鈣成像等方法揭示了hNMSOs的三個(gè)組織區(qū)域的發(fā)育成熟以及組織間的功能連接。研究表明，神經(jīng)區(qū)域的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元可以通過(guò)神經(jīng)肌肉接頭控制肌肉區(qū)域的骨骼肌收縮。

研究人員進(jìn)一步利用hNMSOs模型分析了人骨骼組織對(duì)骨骼肌發(fā)育的重要性，通過(guò)組織結(jié)構(gòu)、功能和轉(zhuǎn)錄組學(xué)等多方面研究證明了hNMSOs中的骨骼支撐有利于人肌肉的發(fā)育和成熟。研究還應(yīng)用該模型對(duì)關(guān)節(jié)炎疾病中神經(jīng)肌肉骨骼軸的異常開(kāi)展了探索，揭示了病理性骨骼變性后的神經(jīng)肌肉結(jié)構(gòu)與功能變化。

圖：本次報(bào)道內(nèi)容的圖片摘要

本工作建立了首個(gè)神經(jīng)肌肉骨骼三組織類(lèi)器官技術(shù)，該技術(shù)將為研究人類(lèi)神經(jīng)肌肉骨骼組織互作、相關(guān)疾病機(jī)制、藥物發(fā)現(xiàn)等提供重要的模型。上海科技大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院向陽(yáng)飛課題組博士研究生尹瑤、周偉、朱金奎為該文共同第一作者，向陽(yáng)飛為通訊作者，上?？萍即髮W(xué)為第一完成單位。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.stem.2024.11.005