干细胞生成器官（干细胞形成）

本文目录一览：

• 1、干细胞是什么器官生成的？
• 2、细胞是如何进化成器官的？
• 3、科学家利用多能干细胞，生成包含视杯的大脑类器官，这是什么原理？

干细胞是什么器官生成的？

嘿嘿，它不是由什么器官生成的，你正好说反了。

干细胞是由最原始的受精卵分化而成的，分化后的干细胞再进行有丝分裂，形成各种器官。

细胞是如何进化成器官的？

Uncovering how cells become organs

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仔细看下图，这是一个人造的部分机能有各种电子或电机装置代替的半机械人类心脏类器官。一些微型的传感器被植入到可伸展、并且又一体化整合的网格纳米材料中，然后随着组织器官发育而成长。

是不是很神奇？

Contraction of cyborg human cardiac organoid.

Tiny sensors are embedded into stretchable, integrated mesh that grows with the developing tissue

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生命的起源，是从单细胞到多细胞体，然后多细胞体组成器官，不同功能的器官组合成系统的生命。

在这个生命的自然演化进程中，一部分基因组成几乎相同的细胞组合是如何演变成功能不同的器官，如心脏、大脑和肾脏的？

这在进化生物学研究过程中，长久以来是一个至为关键的问题。部分原因是由于研究技术和观测技术，研究人员无法在不破坏器官细胞的前提下，从容观察到多细胞如何演化成器官。具体从技术上来说，以前也没有一种足够小而灵活的传感器能够植入多细胞群，并且随着进化过程而成长，然后把相关信息传输出来，让生物学家可以进行分析研究。

现在，来自哈佛大学工程和应用学院的研究人员，（searchers from the Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS)），已经培育出来一种带有完全一体化的传感器系统的类人类器官活体。这种部分技能半机械器官活体（cyborg organoids）的培育成功，给研究人员一个全新研究器官发育初期阶段的机会。

这项研究发表在最近一期的纳米快报上。（ Nano Letters）

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这项研究的一位助理教授刘佳，（Jia Liu, assistant professor of bioengineering at SEAS and senior author of the study）在高中阶段就对于器官的自然发育过程着迷，关注与如何从2D结构的几个细胞如何发育成3D结构的器官。

她认为，如果能够开发出一种灵活的、可延伸的、柔软的电子纳米传感材料，让这种带有传感器的纳米电子材料随细胞的发育过程一起成长。那么，植入的传感器可以让研究人员观察和研究整个发育过程的活动。最终的结果，是带有纳米电子传感材料的装置，完整一体化地分布在成长发育后器官的整个部分。

这种小型纳米电子传感器的研究，始于刘佳开始在贝斯佛里德曼大学利伯实验室做研究生的时候。（lab of Charles M. Lieber, the Joshua and Beth Friedman University Professor）在利伯实验室，刘佳一次偶然开发出一种灵活的、网格状的纳米电子装置，可以通过注射植入器官组织的部分区域。

基于这种设想，刘佳和她的团队通过把纳米电子材料从直线状结构改变成蜿蜒曲折的蛇形结构，类似那些可穿戴的电子产品，增加了纳米电子材料的可延伸能力。

然后，把这种网状纳米材料植入2D结构的干细胞结构中，细胞通过细胞的分裂伸缩覆盖住并且交织成为一体结构。当这些干细胞变形发育为3D结构的器官时，纳米电子材料的传感器就无缝衔接地随器官发育重新构化自己，最后演变成植入传感器的3D类器官活体。

随着干细胞分裂演化成心肌细胞、心脏细胞的过程（cardiomyocytes — heart cells ），研究人员就可以90天的时间里监测和记录器官的电子生理活动。（electrophysiological activity）

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如上图所示，带有纳米电子传感器的类活体器官的生成过程如下：可伸缩的网格状纳米电子材料的传感器被植入器官干细胞群中，第二步，干细胞凝聚覆盖住网格状纳米电子材料；第三步，通过器官形成发育出3D器官自我结构；第四步，一致3D分布的网格状纳米电子材料；第五步，完全分化发育的半机械类器官活体，带有电子传感器的活体器官。

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这种工程研究方法，可以让研究人员能够持续监督干细胞发育成器官的过程，并且了解单个细胞如何与系统和其他细胞交互作用，最后同步进化成整个活体器官。

这种研究方法，可以适用于把任何器官组织转化成可以监测发育过程的半机械类器官，包括极为复杂的大脑和胰腺类器官。

另外，为了帮助回答生物学的基本问题，半机械类器官（ cyborg organoids ）可以用来检测和监测特殊病人药物治疗方案，或者是器官移植治疗方案。（patient-specific drug treatments and potentially for transplantations）

This research was co-authored by Qiang Li, Kewang Nan, Paul Le Floch, Zuwan Lin, Hao Sheng, and Thomas S. Blum. It was supported by the Harvard Dean’s Fund for Promising Scholarship.

科学家利用多能干细胞，生成包含视杯的大脑类器官，这是什么原理？

我先回答什么是干细胞，干细胞是原始细胞。就像种子可以长成树一样，它可以分化成各种细胞，一般根据发育阶段分为胚胎干细胞和成体干细胞两种，根据干细胞的发育潜能分为多能干细胞、多能干细胞和单能干细胞三种。胚胎干细胞是发育水平较高的多能干细胞，而成体干细胞是发育水平较低的多能或单能干细胞。

具体可以参考百度百科中的干细胞解释。细胞分化的过程大致如下:首先，细胞分裂产生的新细胞在形状和结构上非常相似，都具有分裂能力。后来除了少部分细胞，大部分都失去了分裂能力。在生长过程中，这些细胞各有不同的功能，它们的形状和结构逐渐发生变化。结果，不同的组织逐渐形成。细胞分化后，多细胞生物会形成各种差异。

比如利用胚胎干细胞成功培养心脏细胞，再利用心脏细胞分化成不同的组织，使胚胎干细胞在特定条件下分化成人类所需的心脏细胞。干细胞治疗的原理是在体外培养具有增殖分化潜能和自我更新复制能力的干细胞，产生高度分化的功能细胞，再转运回人体，达到治疗目的。中国严格控制干细胞治疗，但在技术上存在一些不足。现在日本有了更好的干细胞治疗效果。这里，我们提到多木健康。日本在干细胞治疗方面有很多成功的案例。干细胞是原始的、未分化的细胞，没有完全分化，具有再生各种组织器官的潜在功能。干细胞存在于所有的多细胞组织中，通过有丝分裂和分化可以分化为各种特化细胞，通过自我更新可以提供更多的干细胞。

对于哺乳动物来说，干细胞可以分为两类:胚胎干细胞和成体干细胞。胚胎干细胞取自囊胚内细胞团；成体干细胞来自各种组织。在成人组织中，间充质干细胞和前体细胞作为身体的修复系统来补充成人组织。在胚胎发育阶段，干细胞不仅能分化为所有的特化细胞——外胚层、内胚层和中胚层(指人工多能干细胞)，还能维持新组织的正常转移，如血液、皮肤或肠道组织。