几年前，在生物技术委员会的一次活动上，当妮可·瓦伦苏埃拉(NicoleValenzuela)听到爱荷华州立大学兽医学院的一组研究人员正在研究的成果时，她的耳朵竖了起来：一种创建实验室培育的、简化的狗肠道模拟物的方法。

“我告诉他们，‘哦!我想这么做，但是是用海龟。这可行吗?’”爱荷华州立大学生态学、进化和有机生物学教授妮可·瓦伦苏埃拉(NicoleValenzuela)说。

巴伦苏埃拉领导的团队的最新研究表明，这确实是可行的。从成体干细胞生长出来的三维簇被称为类器官，旨在协助研究。在《通讯生物学》上发表的一篇论文中，瓦伦苏埃拉和她的同事描述了他们创造的模仿三种海龟肝脏的类器官。这是为海龟开发的第一套类器官，也是为任何爬行动物开发的第二套类器官。

用肝脏类器官研究海龟遗传学应该会加快研究速度，以揭示海龟特征的原因，这些特征可能对人类有医学应用——例如，锦龟能够在没有氧气的情况下生存数周并承受极冷的能力。

“它们的一些独特的适应性使锦龟成为生物医学的有趣模型。但它们仍然没有得到充分研究，因为这是一项艰巨的工作。这里的想法是消除这一瓶颈，”巴伦苏埃拉说。

类器官的好处

三十多年来，巴伦苏埃拉一直在研究海龟，因为这些动物的性别决定取决于温度。对于许多海龟来说，较冷的蛋更有可能产下雄性，而较温暖的巢则产下更多雌性。

在研究性状的遗传原因时，生物学家最终需要验证他们的发现，以确认基因的功能与怀疑的一样。巴伦苏埃拉说，这需要操纵这些基因，这对海龟来说是一个挑战，因为它们季节性繁殖且成熟缓慢。

“当你研究果蝇或扁虫时，这很容易，但对海龟进行转基因实验几乎是不可能的，”她说。

她说，这就是研究人员越来越多地开发类器官的部分原因。物种和器官特异性的模拟物扩大了现代基因编辑的范围，使科学家能够将更多的注意力放在那些有希望的研究目标但研究起来具有挑战性的动物上。

“从一块组织中，你可以拥有无​​限的实验对象来源，而不必不断地对动物进行取样。类器官是减少活体动物研究的一项重要技术，”瓦伦苏埃拉说。

调整食谱

Valenzuela的团队以兽医学院研究小组使用的方法为基础构建了他们的流程，该研究小组在类器官方面的工作包括用于测试药物吸收率的犬类肠道模型。犬类肠道项目的负责人——现就职于佐治亚大学的卡琳·艾伦斯帕奇(KarinAllenspach)和乔恩·莫切尔(JonMochel)——也是海龟类器官项目的一部分。最近的ISU博士毕业生ChristopherZdyrski是海龟类器官论文的第一作者。

类器官是通过在刺激干细胞产生的溶液中培养组织样本而制成的，干细胞是体内负责修复和生长的特殊细胞。给予正确的燃料，龟肝干细胞开始产生龟肝细胞。瓦伦苏埃拉说，微小的细胞球最初是空心的，但随着细胞的积累，空心程度会逐渐减小。在模仿实际组织的复杂性方面，三维簇比单细胞的平坦层更好，即使不完全。

巴伦苏埃拉说，她的团队选择首先关注肝脏，因为它在帮助海龟度过极端寒冷和缺氧方面发挥着关键作用。肝脏产生蛋白质和酶来增强细胞对冰冻的防御能力，并为乌龟提供无氧代谢所需的少量能量，使其在没有氧气的情况下生存，利用它们的壳和骨头来控制由此产生的乳酸积聚。

她说，将针对狗肠道设计的工艺应用于不同动物的不同器官需要一些修改，但不一定是彻底改革，类似于更换食谱中的成分。

“所有的发现都在于开发这些方案以及表征类器官与原始肝组织的相似程度，”她说。

下一步是什么

巴伦苏埃拉团队产生的类器官来自于爱荷华州的幼年刺鳖和鳄龟以及幼年、成年和胚胎锦龟的样本。她说，在多个物种和发育阶段取得的成功表明这些技术可以广泛复制。

巴伦苏埃拉的研究小组已经开始利用海龟性腺制造类器官，以进一步研究性别决定的根本原因。他们还希望利用新型龟肝类器官来研究缺氧和对寒冷的抵抗力。

但由于缺乏研究爬行动物的基因组工具——研究人员在论文中报告说，唯一已知的爬行动物类器官来自蛇毒腺——Valenzuela乐观地认为她的团队的工作将被爬行动物学家用来扩大他们的研究。

“这就是希望其他科学家采用这些协议来研究其他爬行动物，”她说。

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