近年來(lái)，三維類(lèi)器官被廣泛應用于人體器官或組織的生物學(xué)和病理學(xué)研究。同時(shí)，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，因此需要建立更復雜的類(lèi)器官模型，以更好地再現發(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(kāi)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(lèi)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(lèi)細胞通過(guò)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(yáng)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(lèi)多能干細胞（hPSC）構建了首個(gè)自組織的人類(lèi)神經(jīng)肌肉骨骼類(lèi)器官（human neuromusculoskeletal organoid，hNMSO），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。
2024年8月27日，向陽(yáng)飛團隊（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】。
該研究應用人類(lèi)多能干細胞（hPSC）的定向三維分化，開(kāi)發(fā)了一種生成具有延髓脊髓三叉神經(jīng)核團（Spinal trigeminal nucleus，SpV）特定特征的人類(lèi)腦區特異大腦類(lèi)器官的方法，即人類(lèi)延髓SpV樣類(lèi)器官（hmSpVO）。還開(kāi)發(fā)了一個(gè)類(lèi)器官系統，通過(guò)融合hmSpVO和人類(lèi)丘腦類(lèi)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(lèi)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(gè)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(lèi)細胞進(jìn)行建模仍具有挑戰性。
在最新發(fā)表的研究中，研究團隊應用了人類(lèi)多能干細胞（hPSC）的三維分化，構建了人類(lèi)神經(jīng)肌肉骨骼類(lèi)器官（human neuromusculoskeletal organoid，hNMSO）。
與該團隊此前通過(guò)將單獨制備的類(lèi)器官通過(guò)融合來(lái)構建中樞神經(jīng)系統內相互作用的策略不同，此次構建的hNMSO中的三個(gè)不同組織（神經(jīng)、肌肉和骨骼組織），在單個(gè)hNMSO以自組織的方式發(fā)育。
在發(fā)育過(guò)程中，hNMSO的神經(jīng)、肌肉和骨骼區域表現出成熟和建立功能連接。值得注意的是，結構、功能和轉錄組分析表明，hNMSO的骨骼支持有益于人類(lèi)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(lái)說(shuō)，該研究建立了首個(gè)神經(jīng)肌肉骨骼三組織類(lèi)器官技術(shù)，從而提供了一種方便可及的體外系統來(lái)模擬人類(lèi)神經(jīng)肌肉骨骼（NMS）的發(fā)育和疾病，為研究人類(lèi)神經(jīng)肌肉骨骼組織相互作用、相關(guān)疾病機制、藥物發(fā)現等提供重要模型。
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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