人造肝脏新突破!惠利健公司成果多多,创设了有着肝脏组织和功用的类器官等

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通过结合不同的方法 –
显微镜,延时成像和多组学(基于RNA,DNA和蛋白质)技术,研究人员深入研究了BAP1突变可以影响肿瘤发展的机制。他们发现突变BAP1会改变哪些基因在类器官中有活性,并且这些基因活性的变化可以逆转。这些变化可能取决于BAP1突变的细胞类型,Artegiani说,这可以解释为什么先前描述的BAP1功能在不同类型的细胞之间存在差异。这强调了在相关模型中研究基因功能的重要性,来自器官和感兴趣的有机体。

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产生具有改善的肝结构的hiHep类器官

借助于CRISPR-Cas9基因编辑技术,科学家们能够调查一些基因和遗传突变在人类生物学及疾病中的作用。这一系统可以在DNA水平上消除基因的功能,相比之下像RNA干扰一类的遗传干扰技术则是在RNA水平上发挥作用。以往Broad研究所的科学家们曾利用CRISPR-Cas9技术在一些细胞模型中完成了全基因筛查,但这种方法并没有捕捉到在整体生物体内起作用的复杂过程。例如,为了实现癌症转移,恶性细胞必须离开原发肿瘤,进入血管迁移到机体的远端部位。张锋与Sharp协作通过在一个整体动物模型中应用CRISPR-Cas9技术,搜索了参与转移的基因。

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参考资料:

由c-Myc诱导的过度线粒体 –
内质网偶联促进了肝细胞癌的发生,并且似乎是预防性治疗的目标。此外,通过对人肝内胆管癌富集突变的分析,证明了通过Notch和JAK-STAT的联合抑制可以预防RAS诱导的从肝细胞到肝内胆管癌细胞的谱系转化。总之,hiHep类器官代表了一种系统,可以通过遗传操作来模拟癌症的发生,并确定潜在的预防疗法。

研究人员可利用这一Cell论文中相同的体内筛查方法来检测基因过表达的效应,筛查循环肿瘤细胞或其他细胞系,探讨其他的癌症表型,例如癌症干细胞、宿主-环境互作和血管发生。

研究人员开发了一种新模型,其中使用名为CRISPR /
Cas9的分子剪刀对来自健康人肝脏的类器官进行遗传改变,以研究肿瘤形成中遗传改变的功能。研究这种突变在肿瘤形成中的作用在肝癌中尤为重要,研究人员Benedetta
Artegiani说,因为它是一种非常异质的癌症:不同基因中的各种突变都存在于不同的基因中。耐心。到目前为止,许多这些基因在肿瘤发展中的功能仍然未知。因此,新开发的模型是解决肝癌形成中特定基因功能的有价值工具。

研究人员认为,CRISPR/Cas9基因编辑技术让修改人体类器官的基因组更为便捷,这一模型同样有助于研究可能在肿瘤形成过程中起作用的其他基因。

在先前,研究人员使用FOXA3,HNF1A和HNF4A从成纤维细胞产生人诱导的肝细胞,并通过SV40大T抗原扩增它们。HiHep细胞显示出显著的肝功能和重新填充的Fah缺陷型肝脏。

这项研究还采用一种高效多层次的筛查策略:利用一个较小的、更为集中的向导RNAs池来验证顶端基因突变。“在完成无偏倚的全基因组筛查后,我们设计出了一个子库来快速地检测更多的靶标,而非在个体小鼠中靶向单个基因。这一子库让我们看到了在相同肿瘤中这些不同的遗传突变是如何竞争的。”

有机体和癌症研究

类器官指的是从干细胞分化出来的三维组织培养物,也被称为微型器官。过去利用类器官的研究通常把健康组织来源和肿瘤组织来源的类器官进行比较,研究疾病和生物功能。此次研究中,科研人员创建了一个新的模型。他们从健康的人类肝脏中培育出类器官后,用CRISPR/Cas9系统对感兴趣的基因进行编辑,以确定基因突变对细胞行为的影响。

开发模拟人类肝癌发生早期阶段的实验系统以分析HCC和ICC起始至关重要。基因工程小鼠模型是强大的工具;然而,小鼠和人肝细胞在许多特征上是不同的,包括代谢能力和转录因子网络。源自原发性人类癌症的癌细胞系和类器官概括了完整肝癌的突变和表达谱,但未能模拟癌症的发生。在癌基因表达后使用原代人类细胞的类器官提供了一种用于研究起始的稳健系统,如胰腺癌和结肠直肠癌所示。该方法有助于癌症突变的分析,并提供监测癌症发生的组织学变化的机会。

共同资深作者、麻省理工学院教授、Broad研究所董事会成员及Koch研究所成员PhillipSharp说:“肿瘤进化是一系列受到基因网络调控的、极为复杂的过程。在体内应用基因编辑是功能基因组研究的一个强大平台,它为探究肿瘤进化中的每一步以及鉴别出调控这些过程的基因提供了一种新方法。”

新模式

研究小组还开发出一种带有4个基因(TP53、PTEN、SMAD4和NF1)突变的人类肝脏类器官模型,这些基因都在原发性肝癌中经常发生突变。把这种类肝器官移植到小鼠体内后,会形成良性腺瘤;但是,如果同时还具有BAP1突变,移植后将会形成恶性肿瘤。

2018年11月8日,中科院生化细胞所惠利健等人在Cell stem Cell
杂志在线发表题为“In Vitro Expansion of Primary Human Hepatocytes with
Efficient Liver Repopulation
Capacity”的文章。该文章发现了:人肝细胞可以连续传代并扩增10000倍、ProliHHs在体外分化或移植后可以成熟等现象。

利用新一代测序,科学家们鉴别出了在原发肿瘤及转移灶中敲除的基因,指出了一些基因有可能是通常抑制肿瘤生长的肿瘤抑制基因,当敲除它们时会促进肿瘤生长。

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