內(nèi)耳類器官的來源、構(gòu)建過程及應用

內(nèi)耳類器官
內(nèi)耳類器官可以由多能干細胞或單能干細胞誘導，如胚胎干細胞、誘導多能干細胞和內(nèi)耳干細胞(圖1)。多能干細胞形成內(nèi)耳類器官需要多種細胞因子或小分子藥物來完美再現(xiàn)內(nèi)耳發(fā)育的各種特征，而成體干細胞由于具有單能性，可以直接誘導分化。
  內(nèi)耳類器官可以由多能干細胞或單能干細胞誘導，包括內(nèi)耳干細胞、胚胎干細胞、誘導多能干細胞。
 
通過在三維培養(yǎng)基質(zhì)中加入特定的生長因子和小分子，誘導多能干細胞發(fā)育成自組織類器官結(jié)構(gòu)。三維培養(yǎng)的類器官在功能組織誘導、疾病建模、藥物篩選等方面有著廣泛的應用，具有很大的基礎研究和轉(zhuǎn)化應用潛力。
在3D培養(yǎng)條件下，為了優(yōu)化培養(yǎng)過程中細胞-細胞和細胞-細胞外基質(zhì)（ECM）的連性，除了通過細胞因子和小分子誘導細胞發(fā)育過程外，還有多種平臺用于優(yōu)化3D細胞培養(yǎng)系統(tǒng)，主要分為兩大類:外力介導的無支架系統(tǒng)(如懸浮液滴、旋轉(zhuǎn)和磁性方法)和基于3D支架的系統(tǒng)(如微流控芯片和水凝膠基質(zhì)等)。
內(nèi)耳起源于外胚層。將人ESCs (WA25細胞系)培養(yǎng)于含有低濃度基質(zhì)膠（Matrigel）和成纖維細胞生長因子（FGF）的培養(yǎng)基中，誘導外胚層分化形成致密的球形細胞團。隨后，抑制TGF信號通路，用BMP - 4刺激外胚層分化，導致第4天非神經(jīng)外胚層（NNE）和神經(jīng)外胚層分化。
隨后，用LDN‐193189抑制BMP信號并添加FGF‐2誘導細胞聚集向耳部-鰓外基板結(jié)構(gòu)域（OEPD）分化，OEPD在第8天形成，而隨后用糖原合成酶激酶3β(GSK3β)抑制劑CHIR99021處理，結(jié)果顯示聚集物在第12天表面出現(xiàn)上皮突起，預示著內(nèi)耳類器官的形成(圖2)。
 
內(nèi)耳類器官可以用來模擬耳蝸毛細胞的形成。內(nèi)耳類器官具有與正常耳蝸毛細胞相似的形態(tài)和功能，廣泛應用于藥物的靶向篩選和發(fā)現(xiàn)、疾病模型的構(gòu)建和機制的研究、毛細胞再生醫(yī)學和器官修復等領域。
由于內(nèi)耳的精細和復雜，目前還沒有開發(fā)出能夠在體外最大限度地模擬內(nèi)耳的類器官的方法。此外，內(nèi)耳類器官僅產(chǎn)生前庭感覺樣結(jié)構(gòu)和未成熟的耳蝸毛細胞。需要進一步修改協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)策略，以開發(fā)新的方法來誘導和分化具有分離特性的不同細胞類型，包括如何獲得成熟的耳蝸毛細胞，新生的毛細胞是否具有細胞間連接，內(nèi)耳類器官在應對導致人類和其他哺乳動物耳聾的相同外源性損傷時是否與天然耳蝸相似。以及如何在體外重現(xiàn)調(diào)節(jié)內(nèi)耳血液供應的血管系統(tǒng)。此外，由于不同來源的內(nèi)耳類器官的異質(zhì)性，類器官的生產(chǎn)效率和可重復性有待提高。要實現(xiàn)在培養(yǎng)皿中產(chǎn)生用于臨床藥物篩選和干細胞治療的功能性內(nèi)耳類器官的目標，還有很長的路要走。
 
參考文獻：
Jieyu Qi,Liyan Zhang,Xiaohan Wang, et al. Modeling, applications and challenges of inner ear organoid. Smart Medicine. 2024;0 (0):0-0. doi:10.1002/smmd.20230028