近年来，类器官在人类组织与器官的生理学及病理学研究中被广泛应用。然而，目前多数类器官模型仅涵盖单一组织类型，而组织器官的发育成熟以及人体功能的正常实现通常需依赖不同组织间的相互交流协作。其中，神经肌肉骨骼轴中的组织间互作尤为关键，所涉及的神经、肌肉、骨骼这三种组织在发育进程、身体功能运作以及疾病发生发展过程中均有着紧密的联系。现阶段，构建包含神经肌肉骨骼轴的人源类器官模型仍面临诸多挑战。12月9日，上海科技大学生命科学与技术学院向阳飞课题组在国际期刊Cell Stem Cell（《细胞-干细胞》）上发表题为“Generation of self-organized neuromusculoskeletal tri-tissue organoids from human pluripotent stem cells”的研究论文，利用人类多能干细胞构建了首个自组织的人类神经肌肉骨骼类器官（human neuromusculoskeletal organoids, hNMSOs），为研究人类神经肌肉骨骼轴及相关疾病提供了人源体外模型。
与通过组装/融合不同类器官实现复合构建的技术不同，本工作通过共发育策略从人类多能干细胞生成神经肌肉骨骼三组织类器官hNMSOs。该策略实现了三种组织的共同分化及空间自组织，从而形成含有自组织为三个区域、且互相间保持连接的三组织复合类器官。通过组织染色、单核转录组与空间转录组分析，研究人员揭示了与真实人体组织相关的神经、肌肉和骨骼谱系的共同出现和空间自组织结构。hNMSOs的神经区域具有腹侧脊髓特异身份，免疫荧光染色和转录组学分析鉴定了其中运动神经元的产生；逆行示踪、多电极阵列、光遗传刺激和钙成像等方法揭示了hNMSOs的三个组织区域的发育成熟以及组织间的功能连接。研究表明，神经区域的运动神经元可以通过神经肌肉接头控制肌肉区域的骨骼肌收缩。
研究人员进一步利用hNMSOs模型分析了人骨骼组织对骨骼肌发育的重要性，通过组织结构、功能和转录组学等多方面研究证明了hNMSOs中的骨骼支撑有利于人肌肉的发育和成熟。研究还应用该模型对关节炎疾病中神经肌肉骨骼轴的异常开展了探索，揭示了病理性骨骼变性后的神经肌肉结构与功能变化。
图：本次报道内容的图片摘要
本工作建立了首个神经肌肉骨骼三组织类器官技术，该技术将为研究人类神经肌肉骨骼组织互作、相关疾病机制、药物发现等提供重要的模型。上海科技大学生命科学与技术学院向阳飞课题组博士研究生尹瑶、周伟、朱金奎为该文共同第一作者，向阳飞为通讯作者，上海科技大学为第一完成单位。
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