上海
撰文丨王聪
编辑丨王多鱼
排版丨水成文
尽管现在可以使用先进的基因和影像分析进行胎儿先天性异常的产前诊断，但对严重程度的预测仍然具有挑战性， 缺乏发育中的人类组织的自体模型是该领域发展的瓶颈。
2009年，Hans Clevers等人构建了首个肠道类器官，开创了类器官研究时代。此后，类器官领域研究成果不断，许多新型类器官和更复杂的类器官不断涌现，使得我们可以在实验室中模拟各个器官的功能，这为新药研发、精准治疗、再生医学等领域带来了更强大的工具。
然而，目前获取用于妊娠建模的类器官的方法（大多取自死后的胎儿组织）涉及法律和伦理问题，通常只能在受孕后20-22周内使用，这限制了对孕晚期发育的研究。
2024年3月5日，伦敦大学学院的研究人员在Nature Medicine期刊发表了题为： Single-cell guided prenatal derivation of primary fetal epithelial organoids from human amniotic and tracheal fluids 的研究论文。
该研究表明， 羊水样本中收集的细胞可生成多种不同组织类型的类器官，而无需终止妊娠。这些类器官或提供了了解孕晚期发育的手段，有助于对开辟产前医学的新领域。
这是首次利用怀孕期间采集的细胞培育出类器官，这有望帮助医生在胎儿出生前监测和治疗先天性疾病，并为子宫内的胎儿开发个性化疗法。
类器官是体外重现患者组织某些生物学和病理生理学特征的三维模型。 自体类器官可以来自于人类胚胎干细胞（hESC）或诱导多能干细胞（iPSC）。目前用于妊娠建模的类器官的构建大多使用死后的胎儿组织，这涉及法律和伦理问题，且通常只能在受孕后20-22周内使用，这限制了对孕晚期发育的研究。iPSC来源的类器官已经从重编程的羊水来源的胎儿细胞中产生。这些类器官类似于胎儿组织，但操作流程繁复且时间冗长，这限制了其在产前疾病建模和靶向治疗中的适用性。
在这项研究中，研究团队提出了从妊娠中期和晚期产前诊断和治疗干预中收集的羊水中提取具有多种组织身份的人类胎儿上皮细胞并用于构建类器官的方法。这使得类器官的生成可以与妊娠的延续同时进行。
研究团队评估了从人类羊水中收集的上皮细胞，这些羊水取自12次妊娠的产检（孕期16周到34周之间）。利用单细胞测序，他们描述了这些细胞的性质，识别并分离出了胎儿胃肠道、肾源和肺源的上皮细胞。
对羊水来源的细胞的单细胞分析
为了探索这些细胞是否可用于产生类器官，研究团队培养了这些细胞，观察到它们开始增殖并自组织成三维类器官，在2周内可见。他们发现，这些细胞会形成组织特异性原生胎儿类器官（primary fetal organoid），即小肠、肾脏和肺，并显示出来源组织的功能性特征。
构建羊水来源的原代胎儿上皮类器官
研究团队能够利用这一技术，从患先天性膈疝的胎儿的羊水和气管液细胞中，产生再现这种疾病特征的肺类器官 。这种疾病 由于膈膜上有一个孔，肝脏和肠道等器官会移位到胸腔中，导致 肺部无法正常发育，约30%的患有这种疾病的胎儿会死亡。 如果医生及时发现这种疾病，可以在胎儿还在子宫内时对其进行手术治疗。
从羊水中收集的细胞构建的肺类器官
从羊水中收集的细胞构建的肠道类器官
研究团队认为，这项研究展示了构建胎儿类器官的一种替代方法，无需终止妊娠，从而解决了长久以来的伦理顾虑，并可用于研究妊娠晚期阶段。他们表示，这种方法或能为在妊娠期间自体来源胎儿原生类器官提供一个机会，可有助于开发先进的产前模型和个性化疗法，并有助于改善父母辅导。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41591-024-02807-z
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