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在胚胎发育的研究引导成功的努力直接人类胚胎干细胞和诱导多能干细胞的分化已经成特定器官细胞类型在体外1,2。例如,人类已经分化成肝肝细胞和胰腺内分泌细胞单层培养3,4,5,6有肝脏疾病的动物模型的治疗效果7,8和糖尿病9,分别。然而,生成复杂三维器官组织在体外为转化研究仍然是一个重大挑战。在这里,我们建立一个健壮的和有效的过程直接人类已经进入肠道组织的分化在体外使用一系列时间的生长因子操作模仿胚胎肠道发育10。这涉及到activin-induced明确内胚层形成11FGF / Wnt-induced后内胚层嗒嗒嗒地,后肠规范和形态发生12,13,14,和pro-intestinal文化系统15,16促进肠道的生长、形态发生和cytodifferentiation。结果三维肠道“瀑样”由一个极化,柱状上皮,图案为villus-like结构和crypt-like增殖区,肠道干细胞标记表示17。上皮细胞中含有功能性肠上皮细胞,杯状,Paneth和enteroendocrine细胞。使用这个文化系统作为模型来研究人类肠道的发展,我们发现,WNT3A的联合活动和需要FGF4后肠规范而FGF4单独能充分促进后肠形态发生。我们的数据表明,人类肠道干细胞的形式新创在开发过程中。我们还确定NEUROG3, pro-endocrine转录因子,在肠anendocrinosis突变18人类enteroendocrine细胞,是两个必要和充分的发展在体外。PSC-derived人类肠道组织应该允许前所未有的人类肠道发育和疾病的研究。
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确认
感谢实验室的成员,d . Wiginton和c·威利输入。我们还要感谢m . Kofron t Stefader r . Lang寻求帮助和成像。向量和抗体来自d·梅尔顿(Addgene没有。19410年,19413年),美国山中(17217 - 17220),c·鲍姆(OCT4、KLF4 SOX4, MYC lenti),和i Manabe (KLF5抗体)。这项工作是支持的青少年糖尿病研究基金会jdrf - 2 - 2003 - 530 (J.M.W.)和国家卫生研究院,R01GM072915 (J.M.W.);R01DK080823A1和S1 (A.M.Z.和J.M.W.);R03 DK084167和R01 CA142826 (N.F.S.) F32 DK83202-01和T32 HD07463 (J.R.S.)。我们也承认核心支持病毒载体,微阵列(由P30的DK078392)、核型分析和多能干细胞功能(支持U54 RR025216)。
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贡献
J.M.W. J.R.S.构思研究和实验设计,执行和分析实验和参与了手稿。重点,M.F.K. and J.E.V. performed experiments. C.N.M., M.F.K., K.T., V.V.K., J.E.V., E.E.H. and S.I.W. provided reagents, conceptual and/or technical support in generating and characterizing iPSC lines and intestinal organoids. N.F.S. and A.M.Z. provided additional conceptual and experimental support and co-funded the project. All authors read and approved the final manuscript.
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斯宾塞,J。,Mayhew, C., Rankin, S.et al。人类多能干细胞定向分化为肠道组织在体外。自然470年,105 - 109 (2011)。https://doi.org/10.1038/nature09691
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