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類器官重大進展！Cell子刊：復旦大學夏明宇團隊成功建立首個具有功能性突觸的耳蝸類器官，再現聽覺單元早期發育！

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【類器官重大進展！Cell子刊：復旦大學夏明宇團隊成功建立首個具有功能性突觸的耳蝸類器官，再現聽覺單元早期發育！】作者：生物谷
用不了50年 ， 人類將能用生物工程的方法培育出人體的所有器官 。 ——諾貝爾獎獲得者吉爾伯特
根據世界衛生組織的數據 ， 全球有十分之一的人聽力受損 ， 這種致殘性損傷影響著高達25%的老年人 。 在我國 ， 每年新出生的耳聾嬰兒有3萬 ， 其中60%的先天性耳聾由遺傳因素引起 ， 基因物質的改變最終導致耳蝸毛細胞的受損和缺失 。 目前 ， 助聽器和人工耳蝸是臨床上常用的耳聾治療手段 ， 雖然可以幫助大部分耳聾患者獲得部分聽力 ， 但二者對耳聾的恢復程度非常有限 。 因此 ， 臨床上急需可有效治療先天性耳聾的藥物 。
如今類器官為疾病建模、藥物發現和治療策略制定提供了非常好的平臺 。 目前研究人員已經從人或小鼠多能干細胞（iPSC）誘導出內耳類器官進行三維（3D）培養來進行疾病模擬和藥物篩選 。
近日 ， 來自復旦大學醫學神經生物學國家重點實驗室的夏明宇團隊首次通過分期3D共培養系統建立了具有功能外周聽覺環路的耳蝸類器官 ， 并通過一系列形態學和電生理學檢測 ， 證實了類器官內細胞和突觸的功能 ， 為感音神經性耳聾的研究提供了復合類器官研究平臺 。 該研究題為“Generationofinnervatedcochlearorganoidrecapitulatesearlydevelopmentofauditoryunit” ， 發表在《StemCellReports》雜志 。
類器官重大進展！Cell子刊：復旦大學夏明宇團隊成功建立首個具有功能性突觸的耳蝸類器官，再現聽覺單元早期發育！
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由螺旋神經節神經元（SGN）支配的功能性耳蝸毛細胞（HCs）對于聽力至關重要 ， 但是目前仍然缺乏概括外周聽覺回路的穩健模型 。 本研究中 ， 作者在分期三維（3D）共培養系統中開發了具有功能性外周聽覺回路的耳蝸類器官 ， 首先重編程耳蝸祖細胞（CPC） ， 這些增殖祖細胞是Wnt響應的LGR5支持細胞（SC） ， 具有可長期擴展的增殖效力 ， 然后逐步誘導人工耳蝸HC的分化 ， 以及神經突從SGN的生長 。
為了確定增強CPCs擴增的最佳條件 ， 研究人員系統地篩選了在發育過程中靶向幾種關鍵信號通路的因子 ， 然后建立了提高CPCs自我更新能力的最佳實驗條件 。
為了進一步評估擴增培養基中每種組分對CPC增殖的需求 ， 研究人員在第1天單獨去除了每種成分 ， 這導致類器官的數量和大小顯著減少 ， 并在培養10天后細胞活力也顯著降低 ， 這說明每種組分對于LGR5CPCs的最佳類器官形成至關重要 。
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培養系統中單個CPC生成人工耳蝸類器官 。
研究人員進一步研究了CPC擴增培養基中的其他成分對培養的LGR5祖細胞轉錄組特征的影響 ， 結果發現 ， 該成分組合將LGR5祖細胞重新編程到相對較早的階段 。
之后研究人員評估了新型擴增培養基對生理上更相關的內耳組織的影響 ， 結果發現證明先天性HC也可以被這些有效化合成分激活成增殖狀態 ， 并且這些類器官在早期傳代期間保持基因穩定性 。
類器官重大進展！Cell子刊：復旦大學夏明宇團隊成功建立首個具有功能性突觸的耳蝸類器官，再現聽覺單元早期發育！
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擴增組分的再生效應和穩定擴增類器官的表征 。
接下來研究人員分期建立3D共培養系統 ， 生成具有功能的神經支配類器官 。 為了深入了解共培養物上皮區室發育過程中的細胞類型規格和轉錄譜 ， 研究人員對擴增培養基中收集的類器官進行了單細胞RNA測序（scRNA-seq） ， 早期分化（共培養后5天）和晚期分化（共培養后25天） ， 隨著分化的進展 ， 觀察細胞比例的動態變化 。 實時熒光定量PCR顯示 ， 在類器官發育過程中 ， LGR5表達逐漸降低 ， HC標記基因表達增加 。