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人体功能需要不同组织之间的串扰。一个重要的串扰发生在涉及神经、肌肉和骨骼组织的神经肌肉骨骼（NMS）轴上，这对使用人类细胞建模具有挑战性。
2024年12月9日，上海科技大学向阳飞团队在Cell Stem Cell（IF=19.8）在线发表题为“Generation of self-organized neuromusculoskeletal tri-tissue organoids from human pluripotent stem cells”的研究论文，该研究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。
RNA测序和空间转录组分析揭示了神经、肌肉和骨骼谱系在单个类器官内的共同出现和自组织，hNMSOs的神经结构域获得了腹侧特异性的身份，并产生了支配骨骼肌的运动神经元。hNMSOs的神经、肌肉和骨骼区域在发育过程中成熟并建立了功能连接。值得注意的是，结构、功能和转录组学分析显示，hNMSOs中的骨骼支撑有利于人类肌肉的发育。hNMSOs模型也揭示了病理性骨骼变性后的神经肌肉改变。总之，该研究为未来人类NMS串扰和异常的研究提供了一个可访问的实验模型。
近年来，三维（3D）类器官被广泛用于研究人体器官或组织的生物学和病理学。同时，不同器官和组织之间的相互作用往往对身体功能的发展和维持至关重要，这要求建立更复杂的类器官模型，以更好地概括发育分化组织之间的相互作用。神经肌肉骨骼（NMS）轴对身体至关重要，其功能障碍与各种疾病高度相关。神经肌肉骨骼轴的组织（即神经、肌肉和骨骼组织）在发育初期相互作用。骨骼组织对于骨骼肌和神经肌肉支配的生理发育至关重要。然而，完整的神经肌肉骨骼轴（即包括所有三种类型的组织：神经、肌肉和骨骼）的发育和相互作用尚未通过装配或共同发育策略用人类细胞建模。在这里，研究人员应用了人多能干细胞（hPSCs）的三维分化，并构建了人NMS类器官（hNMSOs）。该研究将单独制备的类器官融合以构建中枢神经系统内的串扰，三个不同的组织（即神经、肌肉和骨骼组织）在单个hNMSOs中以自组织的方式发展。因此，hNMSOs提供了一个方便的体外系统来模拟人类NMS的发展和疾病。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、功能和转录组学的多方面研究证明了hNMSOs中的骨骼支撑有利于人肌肉的发育和成熟。研究人员也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。总之，该研究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。
参考消息：
https://www.cell.com/cell-stem-cell/fulltext/S1934-5909(24)00404-1
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