这张共聚焦的显微图像显示了由多能干细胞科学家生物工程改造的两个月大的人类食管器官。大约700微米（0.027英寸）的大小，对类器官进行染色，以显示在成熟食道中表达的关键结构蛋白，例如外皮蛋白（绿色）和玉米蛋白（蓝色）。研究人员在“细胞干细胞”杂志上报告，类器官可以加强对食管疾病，个性化医疗和人体再生组织治疗的研究。
现在，科学家们正致力于在实验室中对整个人类胃肠系统进行生物工程，并使用多能干细胞来培养人类食管类器官。
该研究发表在“ 细胞干细胞 ”杂志上，是辛辛那提儿童干细胞和有机体医学中心（CuSTOM）研究人员的最新进展。该中心正在研究新的方法来研究影响数百万胃肠道疾病患者的出生缺陷和疾病，如胃反流，癌症等。这项工作正在导致新的个性化诊断方法，并侧重于开发再生组织疗法来治疗或治愈胃肠道疾病。
这组作者说，这项新发表的研究是科学家第一次能够完全从多能干细胞（PSCs）中培养人类食管组织，这种干细胞可以在体内形成任何组织类型。辛辛那提儿童科学家及其多机构合作者已经使用PSC生物工程人体肠道，胃，结肠和肝脏。
“食管和气管疾病在人类食管器官模型可能非常有益的人群中非常普遍，”CuSTOM首席科学官兼研究首席研究员Jim Wells博士说。“除了作为研究食管闭锁等先天缺陷的新模型外，这些类器官还可用于研究嗜酸性粒细胞性食管炎和Barrett化生等疾病，或用于个体患者的生物工程基因匹配的食管组织。”
该研究涉及来自辛辛那提儿童和旧金山格拉德斯通研究所的发育生物学，肿瘤学，过敏和免疫学以及内分泌学部门的研究人员的合作。这包括研究第一作者Stephen Trisno，研究生和Wells实验室成员。
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食道是肌肉管，主动将食物从口腔传递到胃部。器官可能受到先天性疾病的影响，例如食管闭锁 - 由基因突变引起的食管狭窄或畸形。
此外，有几种疾病可以在以后的生活中折磨人们。一些包括食道癌，胃食管反流病（GERD）或称为贲门失弛缓症的罕见疾病 - 一种影响下食道肌肉的疾病，可防止器官收缩和食物通过。
研究人员指出，所有条件都需要更好的治疗方法。这需要更准确地了解其原因背后的遗传和生化机制 - 需要通过生成和研究可以从人自身细胞生长的人类食道组织的稳健，功能性，遗传匹配模型的能力来满足需求。
追寻自然之路
科学家们将他们的新方法应用于人类PSC对一般食管类器官的精确定时，逐步操纵遗传和生化信号，模式和形成胚胎内胚层和前肠组织。他们的部分重点是基因Sox2及其相关蛋白 - 当它们的功能被破坏时，已经知道这些基因会引发食管疾病。 - 科学家利用小鼠，青蛙和人体组织培养物鉴定食管形成过程中Sox2调控的其他基因和分子途径。
科学家们报告说，在胚胎发育的关键阶段，Sox2基因阻断了遗传途径的编程和作用，导致细胞变成呼吸而不是食道。特别地，Sox2蛋白抑制称为Wnt的分子的信号传导并促进食道组织的形成和存活。
在另一项有助于确认Sox2表达对食管形成的重要性的测试中，研究人员研究了在小鼠发育过程中Sox2的完全丧失。没有Sox2导致食管发育不全 - 这是一种食道终止于小袋并且不与胃连接的情况。
在成功产生完全形成的人类食道类器官（其在约两个月内生长至约300-800微米的长度）后，生物工程化组织在生物化学上与来自患者活组织检查的食道组织进行比较。这组作者说，这些测试表明，生物工程和活组织检查组织的成分非常相似。
Wells表示，研究小组正在继续研究食管类器官的生物工程过程，并确定未来的项目，以推进该技术的最终治疗潜力。这包括使用类器官来检查特定疾病的进展和影响食道的先天性缺陷。
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