日前，一个致力于开发生物工程人类肝脏组织的国际研究小组表示，已发现了以前未知的遗传-分子串扰网络，控制器官的发育过程。研究人员表示，这项研究将大大推进了人类多能干细胞的发展，对创造出健康可用的人类肝组织具有重大意义。相关研究在6月14日在线发表于Nature杂志。

在这项研究中，单细胞RNA测序发挥了至关重要的作用。通过RNA-seq，研究人员可以监测单个细胞在三维微环境中如何变化，并对生物工程肝组织与天然存在的人类胎儿及成年肝细胞进行了基准测试。

但研究人员还表示，这一生物工程人类肝组织仍然需要进行额外的分子微调，才能在临床试验中进行相应测试。

据悉，这项研究由美国辛辛那提儿童医院医学中心医师/研究员Takanori Takebe，以及德国普朗克进化人类学研究所Barbara Treutlein博士领导。

Takebe谈到：“以生物工程诱导创造的可移植肝脏或肝脏组织是一项革命性的治疗方法，对挽救肝病患者的生命将有重大意义。这一最新研究结果使我们对发展中肝细胞间的细胞间交流有一个全新且详细的了解，并且表明，我们可以创造出与人类自然发育非常接近的人类肝芽。”

目前，治疗终末期肝病的唯一方法是肝移植，而从遗体捐赠获得的肝脏数量却十分有限。因此，研究人员表示，再生医学的一个主要目标是实现可以自我组织的人体组织，这一过程中，细胞经历一系列精确协调的分子事件，最终形成功能性的三维肝芽。

显微镜图像显示了由科学家培养三天的人类肝脏组织

基因蓝图

在这项研究中，作者使用单细胞RNA测序（RNA-Seq）来监测单个细胞在三维微环境中如何变化。在这里，血管细胞、结缔组织细胞和肝细胞进行了复杂的交流。

使用单细胞RNA-Seq技术的主要优点是可以提供每种细胞类型的基因活性蓝图。研究人员把注意力集中在了活化的转录因子的完整蓝图上，以及在它们形成肝组织之前和之后的不同细胞中的信号分子和受体。

研究人员表示，他们观察到了遗传-分子交流的巨大变化以及在3D微环境中共同发展时细胞的行为。

此外，单细胞RNA-Seq分析还帮助研究人员将干细胞诱导产生的工程3D肝组织与天然存在的人类胎儿及成年肝细胞进行了基准测试。研究人员观察到，在实验室生长的肝芽中，具有非常接近于在自然发展的人类肝细胞的分子和遗传特征谱。

特别地，研究突出了VEGF和KDR之间的分子串扰。目前的研究表明，VEGF与KDR之间的沟通对于肝组织的发育和成熟是至关重要的。

研究人员还表示，他们在小鼠肝细胞、天然人肝细胞和其生物工程化肝脏的发育过程中都观察到了这种串扰。

Treutlein谈到：“我们的数据表明，在精密的分辨率下，不同类型细胞间的交流可能会以模仿人类发展过程的方式改变细胞。如何在培养皿中最好地生成人体肝脏组织仍有很多工作要做，不过，这是朝着这个方向迈进的一大步。”

自然与生物工程的较量

此外，研究人员也注意到，在生成的肝芽中，基因表达的情况——例如精确的位置和基因表达的方式——并没有完全与自然人体肝脏细胞相匹配。天然组织及生物工程组织之间剩余的差异可能来自于不同的发育信号，这是由一个培养皿中细胞形成的独特的微环境引起的。

作者写道，这一研究所揭示的细胞和分子数据将“在未来被利用以进一步改善肝芽组织”，并且在人类胚胎发育中“精确地概括所有细胞类型的分化”。

参考资料：

Bioengineered human livers mimic natural development

参考文献：

J. Gray Camp, Keisuke Sekine, Tobias Gerber, Henry Loeffler-Wirth, Hans Binder, Malgorzata Gac, Sabina Kanton, Jorge Kageyama, Georg Damm, Daniel Seehofer, Lenka Belicova, Marc Bickle, Rico Barsacchi, Ryo Okuda, Emi Yoshizawa, Masaki Kimura, Hiroaki Ayabe, Hideki Taniguchi, Takanori Takebe, Barbara Treutlein. Multilineage communication regulates human liver bud development from pluripotency. Nature, 2017; DOI:10.1038/nature22796