2024年5月5日，Bio-protocol 期刊在线发表了德国波鸿鲁尔大学(Ruhr-Universität Bochum)Holm Zaehres团队题为“Generation of Skeletal Muscle Organoids from Human Pluripotent Stem Cells” 的方法文章。

关键词：骨骼肌 类器官 肌肉生成 诱导多能干细胞 卫星细胞 PAX7 疾病模型 肌肉营养不良症

类器官(Organoids)指利用成体干细胞或多能干细胞进行体外三维(3D)培养而形成的具有一定空间结构的组织类似物。尽管类器官并不是真正意义上的人体器官,但能在结构和功能上模拟真实器官,能够最大程度地模拟体内组织结构及功能并能够长期稳定传代培养。

一. 背景介绍

在人类疾病模型的研究中，基于人类干细胞的体外模型逐渐取代传统的动物模型，特别是在遗传性疾病的研究领域。这种方法利用患者特定的细胞进行重编程，从而能够针对每一种遗传病生成相应的细胞系，进一步研究病理表型及其分子机制。美国食品和药物管理局的现代化法案2.0也推动了这一领域的发展，鼓励使用细胞培养技术进行新药的测试。多能干细胞（PSCs）的分化方法已被证实可以有效地引导这些细胞向骨骼肌细胞分化，这一过程涉及激活WNT途径、抑制BMP途径以及应用FGF等因子。最近，三维（3D）分化技术因其能够模拟细胞间的复杂交互和微环境而成为研究热点，这对于理解和模拟如杜氏肌营养不良等肌肉退行性疾病的发病机制具有重要意义。

二. 方法亮点

1. 该方法能够分析从早期胚胎到胎儿阶段的肌肉生成，为研究肌肉发展提供了一个有力的工具。

2. 该体系能够在体外环境中提供骨骼肌前体细胞，这些细胞可以在培养器中维持长达14周，这对于研究肌肉的长期发展和病理改变具有重要意义。

3. 利用患者特定的诱导多能干细胞（iPSCs），可以绕过患者肌肉活检的瓶颈，为研究健康及疾病状态下的人类肌肉生成提供了新途径。

三. 潜在应用

1. 疾病建模和研究

利用患者特定的诱导多能干细胞（iPSCs）生成的骨骼肌类器官，可以模拟各种遗传性肌肉疾病（如杜氏肌营养不良症）的发展，以研究病理机制和早期表型。

2. 药物测试和筛选

通过在体外模型中模拟人类肌肉的生长和病理变化，这种系统可以用于测试和筛选潜在的治疗药物，加速药物开发过程。‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍‍

3. 基因治疗研究

利用这种模型可以探索和优化针对特定遗传病变的基因治疗策略，如通过CRISPR/Cas9技术针对特定基因的编辑。

四. 可重复性验证

这个方法的可重复性已经被本文作者德国波鸿鲁尔大学(Ruhr-Universität Bochum)Holm Zaehres团队验证过，相关实验数据与结果发表在Elife,DOI:10.1093/nar/gku1255。