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．gydF4y2Ba 2011年2月3日;470(7332):105-9。gydF4y2Ba
doi: 10.1038 / nature09691。gydF4y2Ba Epub 2010 12月12日。gydF4y2Ba

人多能干细胞体外定向分化肠组织gydF4y2Ba

杰森·R·斯宾塞gydF4y2Ba1gydF4y2Ba，gydF4y2Ba 克里斯托弗·N·梅休gydF4y2Ba，gydF4y2Ba 斯科特·A·兰金gydF4y2Ba，gydF4y2Ba 马修·F·库哈尔gydF4y2Ba，gydF4y2Ba 杰弗逊·E·瓦伦斯gydF4y2Ba，gydF4y2Ba 凯瑟琳TollegydF4y2Ba，gydF4y2Ba 伊丽莎白·E·霍斯金斯gydF4y2Ba，gydF4y2Ba 弗拉基米尔·V·加里尼琴科gydF4y2Ba，gydF4y2Ba 苏珊娜·威尔斯gydF4y2Ba，gydF4y2Ba 艾伦·M·佐恩gydF4y2Ba，gydF4y2Ba 诺亚·F·施罗耶gydF4y2Ba，gydF4y2Ba 詹姆斯·M·威尔斯gydF4y2Ba
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人多能干细胞体外定向分化肠组织gydF4y2Ba

杰森·R·斯宾塞gydF4y2Baet al。gydF4y2Ba 自然gydF4y2Ba．gydF4y2Ba ．gydF4y2Ba
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摘要gydF4y2Ba

胚胎发育的研究已经成功地指导了人类胚胎干细胞和诱导多能干细胞(PSCs)在体外向特定器官细胞类型的分化。例如，人PSCs已分化为肝细胞和胰腺内分泌细胞的单层培养物，分别在肝脏疾病和糖尿病的动物模型中具有治疗效果。然而，在体外生成复杂的三维器官组织仍然是转化研究的主要挑战。在这里，我们建立了一个稳健而有效的过程，通过使用一系列生长因子操作来模拟胚胎肠道发育，指导人类PSCs向体外肠组织分化。这包括激活素诱导的最终内胚层形成，FGF/ wnt诱导的后内胚层形成，后肠规范和形态发生，以及促进肠道生长、形态发生和细胞分化的前肠培养系统。由此产生的三维肠道“类器官”由极化柱状上皮组成，形成绒毛样结构和表达肠道干细胞标记的隐窝样增殖带。上皮细胞包含有功能肠细胞，以及杯状细胞、潘氏细胞和肠内分泌细胞。使用该培养系统作为研究人类肠道发育的模型，我们发现WNT3A和FGF4的联合活性是后肠规范所必需的，而FGF4单独的活性足以促进后肠形态发生。我们的数据表明，人类肠道干细胞是在发育过程中从头形成的。我们还确定，在肠内分泌症中突变的内分泌前转录因子NEUROG3对体外人肠内分泌细胞发育既必要又充分。 PSC-derived human intestinal tissue should allow for unprecedented studies of human intestinal development and disease.

利益冲突声明gydF4y2Ba

相互竞争的利益gydF4y2Ba

作者声明没有相互竞争的经济利益。gydF4y2Ba

数据gydF4y2Ba

图1gydF4y2Ba
图1。FGF4和Wnt3a以时间和剂量依赖的方式协同作用，以确定稳定的后内胚层命运gydF4y2Ba
使用ActivinA (100ng/ml)将H9-HES细胞分化为最终内胚层(definitive endoderm, DE)。后验因子FGF4 (50,500ng)、Wnt3a (50,500ng)或两者均作用于DE 6、48或96 h。将细胞置于允许培养基中7天，RT-qPCR检测前肠标记物(ALB, PDX1)和后肠标记物(CDX2)的表达gydF4y2Ba(一)gydF4y2Ba和免疫荧光gydF4y2Ba(罪犯)gydF4y2Ba．对照组DE在没有FGF4或Wnt3a的情况下生长相同的时间。高水平的FGF4+Wnt3a 96小时后，CDX2表达稳定，前肠标记物表达缺失。误差条为S.E.M (n=3)。意义表现为;* (p<0.05)， ^ (p<0.001)， # (p<0.0001)。gydF4y2Ba
图2gydF4y2Ba
图2。后内胚层形态发生为三维的后肠样球体gydF4y2Ba
一个,gydF4y2Ba在FGF4、Wnt3a或FGF4+Wnt3a培养基中培养96小时的DE亮场图像。FGF4+Wnt3a培养物含有3D上皮管和自由漂浮的球体(黑色箭头)gydF4y2Bab,gydF4y2BaCDX2免疫染色(绿色)和核染色(Draq5 -蓝色)见gydF4y2Baa . c,gydF4y2Ba后肠样球体的明亮场图像。gydF4y2Bad-f,gydF4y2BaCDX2、基底外侧层粘连蛋白和E-Cadherin表达分析表明，CDX2+上皮内层为极化的立方层，周围为非极化的间充质CDX2+细胞。gydF4y2Ba克,gydF4y2BaCDX2在e8.5小鼠胚胎中的表达(矢状面)。插图为放大图，显示后肠内胚层(E)和相邻间质(M)均为CDX2阳性(绿色)。(FG -前肠，HG -后肠)。gydF4y2Ba
图3gydF4y2Ba
图3。hESCs和hiPSCs形成三维肠样器官gydF4y2Ba
一个gydF4y2Ba时间进程显示，13 d后肠类器官形成了间质包围的高度弯曲的上皮结构。gydF4y2Ba中,gydF4y2Ba14、28 d后肠转录因子(KLF5、CDX2、SOX9)的表达及类器官序列切片上的细胞增殖(序列切片为b、c、d、e)。gydF4y2BaF和g，gydF4y2Bae14.5时小鼠胎肠KLF5、CDX2和SOX9的表达(gydF4y2BafgydF4y2Ba)及e16.5 (gydF4y2BaggydF4y2Ba)类似于肠道类器官的发育。右边的面板显示d、e和g的单独颜色通道。gydF4y2BaH I和j，gydF4y2Ba整个山gydF4y2Ba原位gydF4y2Ba56日龄类器官杂交，显示Sox9上皮性表达(h)，干细胞标记物Lgr5 (i)和Ascl2 (j)限制性“隐窝样”表达。图中显示每种探针的感官控制。gydF4y2Ba
图4gydF4y2Ba
图4。NEUROG3对肠细胞类型的形成、功能及肠内分泌分化的调控gydF4y2Ba
分析28天ipsc来源的类器官gydF4y2Ba一个,gydF4y2Ba绒毛蛋白(VIL)和杯状细胞标记物粘蛋白(MUC2)，gydF4y2Bab,gydF4y2Ba潘氏细胞标记溶菌酶(LYSO)或gydF4y2Bac,gydF4y2Ba内分泌细胞标志物嗜铬粒蛋白A (CGA)。gydF4y2Bad,gydF4y2Ba电子显微照片显示肠母细胞的特征刷边缘与微绒毛(插图)。gydF4y2Bae,gydF4y2Ba上皮细胞摄取荧光标记的二肽d-Ala-Lys-AMCA(箭头)表明功能肽运输系统。gydF4y2Baf-h,gydF4y2Ba与GFP对照(pAd-GFP)相比，Neurog3的腺病毒表达(pAd-NEUROG3)导致CGA+细胞增加5倍;(n=4个生物样本);*(p=0.005)。gydF4y2Bai (k,gydF4y2Ba类器官是由hESCs生成的，hESCs稳定地转导了表达shrna的慢病毒载体。与对照shRNA类器官相比，NEUROG3 shRNA类器官CgA+细胞数量减少95%;(shRNA对照n=3, Neurog3-shRNA n=5);* (p = 0.018)。错误条gydF4y2Bah kgydF4y2Ba是S.E.M.gydF4y2Ba
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评论gydF4y2Ba

  • 三维的微分。gydF4y2Ba
    贝克M。gydF4y2Ba 贝克M。gydF4y2Ba Nat Methods. 2011 Feb;8(2):111。doi: 10.1038 / nmeth0211 - 111。gydF4y2Ba Nat方法，2011。gydF4y2Ba PMID:gydF4y2Ba21355124gydF4y2Ba 没有摘要。gydF4y2Ba
  • 干细胞:体外培养的肠组织。gydF4y2Ba
    深峡谷C。gydF4y2Ba 深峡谷C。gydF4y2Ba 《胃肠肝病杂志》2011年2月;8(2):63。doi: 10.1038 / nrgastro.2010.226。gydF4y2Ba 胃肠肝病杂志，2011。gydF4y2Ba PMID:gydF4y2Ba21381243gydF4y2Ba 没有摘要。gydF4y2Ba

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参考文献gydF4y2Ba

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