类器官框架促进自组织组织的工程化

存在于人体器官中的充满液体的管道和回路的复杂网络具有三维结构，其连接因器官而异。这些连接和拓扑结构在胚胎发育过程中如何发展，仍不清楚。

现在，使用组织重建和定量显微镜，首次定义了器官发育的指标。在一项新的研究中，一个国际研究团队提供了必要的工具，将类器官领域转变为一门工程学科，以开发人类发展的模型系统。

这项研究发表在NaturePhysics上，论文“神经上皮类器官的拓扑形态发生”。”

虽然过去的研究表明细胞力学如何在生物体发育过程中引起局部形状变化，但尚不清楚组织的连通性是如何出现的。

通过结合成像和理论，奥地利维也纳分子病理学研究所(IMP)田中实验室的博士后研究员KeisukeIshihara博士试图深入了解这一发展过程。Ishihara使用了源自小鼠胚胎干细胞的类器官，这些类器官形成了一个复杂的上皮细胞网络，排列在器官中并起到屏障的作用。

“我仍然记得当我发现一些类器官已经转变为具有多个看起来像一串葡萄的芽的组织时的激动时刻，”Keisuke说。“不过，在开发过程中描述三维架构的变化被证明是具有挑战性的，”他补充道。“我发现这个类器官系统产生了惊人的内部结构，里面有许多环路或通道，就像一个有洞的玩具球。”

研究类器官中组织的发育有几个优点：可以用先进的显微镜方法观察它们，从而可以看到组织深处的动态变化。它们可以大量产生，并且可以控制环境来影响发展。

研究人员能够研究上皮细胞的形状、数量和连接性。他们追踪了类器官内部结构随时间的变化。

作者写道，“组织拓扑和形状受两种不同的拓扑转变模式支配。一种模式涉及两个独立上皮细胞的融合，另一种模式涉及同一上皮细胞两端的融合。”

Keisuke指出，“我们发现组织连通性来自两个不同的过程：两个单独的上皮细胞融合或单个上皮细胞通过融合其两端而自融合，从而形成一个甜甜圈形环。”

他们还确定了一种药理学可及的途径，该途径“调节两种上皮融合模式的频率并证明对类器官拓扑结构和形状的控制。”

研究结果表明，基于上皮表面理论，上皮的不灵活性是控制上皮融合进而控制组织连通性发展的关键参数。

作者指出：“我们希望我们的研究结果能够让人们对复杂的组织结构以及器官发育中形状和网络连通性之间的相互作用产生新的认识。”“我们的实验和分析框架将帮助类器官社区描述和设计模仿人体器官的自组织组织。通过揭示细胞因素如何影响器官发育，这些结果也可能对对组织原理感兴趣的发育细胞生物学家有用。”

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