类器官最新进展！STEM CELL REP：实验室首次成功建立患者特异性 T 细胞发育的胸腺类器官

胸腺对于功能性和自我耐受适应性免疫系统的建立至关重要，但它会随着我们年龄的增长而退化，导致幼稚T细胞输出减少。从人类多能干细胞 (hPSC) 生成功能性人类胸腺是一种有吸引力的再生策略。

近日，来自佛罗里达大学的一项最新研究表明，目前已经能够使用多能干细胞制造支持患者特异性T细胞发育的胸腺类器官。该研究团队的概念验证工作为研究人类胸腺功能、T细胞发育和移植免疫提供了基础  。这项研究题为“  Generation of functional thymic organoids from human pluripotent stem cells  ”，发表在  Stem Cell Reports  杂志。

来源：DOI:https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2023.02.013

胸腺是功能性适应性免疫系统发育所必需的，它促进了能够对外来抗原作出反应的自我耐受性 T 细胞的产生。胸腺上皮细胞 (TEC) 根据其位置和功能分为皮质（c）和髓质细胞（m），可分别通过 KRT8和 KRT5的表达来识别。皮质和髓质细胞起源于常见的双能祖细胞，它们首先仅表达KRT8，然后在分叉成皮质和髓质谱系之前共表达两种角蛋白。与年龄相关的胸腺退化导致胸腺功能下降和幼稚 T 细胞输出以及自身免疫和疾病风险增加  。胸腺功能障碍或缺失可由内在和外在因素引起，因此，研究胸腺功能不全和功能机制的实验模型系统是必要的，并且可以用于进一步开发基于细胞的胸腺缺陷治疗方法。

最近，已经报道了诱导PSCs 定向分化为功能性胸腺上皮祖细胞 (TEPs)，后者在裸鼠移植后支持小鼠 T 细胞发育。虽然多个研究小组已经证明了TEPs与人类 iPSCs 的分化，但尚未实现功能性胸腺上皮细胞的体外生成。本项目研究团队结合了人多能干细胞衍生的TEP、造血祖细胞 (HPC) 和间充质细胞，以生成功能性同基因干细胞衍生的胸腺类器官(sTO)。胸腺类器官支持上皮细胞的发展，即使在没有造血祖细胞的情况下也具有此功能。重要的是，胸腺类器官支持 T 细胞发育，包括一些调节性 T 细胞 (Treg)。  截止今日，该研究首次在体外展示了功能性 hPSC 衍生的胸腺上皮细胞的生成。

hPSC衍生的胸腺上皮细胞是否可以在体外产生？研究人员在气液界面培养分化的第 16-30天胸腺上皮祖细胞培养物长达6周，并评估了胸腺上皮细胞的生成。

来源：DOI:https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2023.02.013

为了探究上皮黏附因子以及内吞受体等标记物如EPCAM、HLA-DR、CD205 和 FOXN1 相互之间的表达，研究人员利用t-随机邻域嵌入(tSNE)并观察GFP+簇内所有标记的表达，结果发现，  即使没有造血祖细胞的情况下，胸腺类器官培养也能够促进TEP - to -TEC体外分化。

来源：DOI:https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2023.02.013

胸腺上皮细胞通过阳性和阴性选择促进胸腺细胞发育。为了在体外确定胸腺上皮细胞的功能，研究人员建立了由等基因hPSC衍生的TEP、HPC和内脏间充质 (SM) 组成的多细胞胸腺类器官。

来源：DOI:https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2023.02.013

胸腺类器官的免疫荧光 (IF) 分析显示了KRT5 + mTEC 样细胞和 EPCAM/CD205 DP 细胞，表明胸腺类器官中的TEP-to-TEC的发展。

来源：DOI:https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2023.02.013

接下来研究人员研究了胸腺类器官是否可以在体外支持 T 细胞发育，评估了胸腺类器官中的T细胞相关标记物表达。结果发现，4 周后，CD45+细胞占类器官活细胞的约 44%。有趣的是，  类器官中CD5 -原T细胞的比例显著增高，而早期胸腺祖细胞的比例相比较低。

来源：DOI:https://doi.org/10.1016/j.stemcr.2023.02.013

胸腺能够对外界刺激做出反应从而激活自我耐受性T细胞，它是我们免疫系统发挥功能所必须的器官，但衰老过程会导致胸腺功能和T细胞产量下降，从而导致自身免疫和疾病风险增加。

在这项新研究中，作者生成了功能性、患者特异性、干细胞来源的胸腺类器官，它支持胸腺上皮细胞和源自人多能干细胞 (hPSC) 的 T 细胞的发育。类器官由胸腺上皮祖细胞、造血祖细胞和间充质细胞组成，从相同的 hPSC 细胞系分化而来。在实验室中产生功能性 hPSC 衍生的胸腺上皮细胞是前所未有的。

来自佛罗里达大学的该项目研究人员说：“我们已经为进一步的基础科学和转化研究建立了框架，以体外构建患者特异性类器官的方式来研究人类胸腺的发育和功能。 ”“预计我们的工作将为该领域提供重要的概念和技术进步。  ”

参考文献：

https://www.cell.com/stem-cell-reports/fulltext/S2213-6711(23)00060-7?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS2213671123000607%3Fshowall%3Dtrue#secsectitle0055  

撰文 | Cathy

编辑 | cici