近日，清华大学航天航空学院邵玥团队与昆明理工大学白冰团队、北京华大生命科学研究院刘心、国科温州研究院林峰等合作，在人类胃器官早期发育机制与体外重构研究方面取得重要进展——利用人多能干细胞首次在体外培养出一种包含胃底和胃窦双极分布的胃器官发育模型，破解了WNT信号梯度悖论，建立了微尺度组织定向组装技术，实现了对类胃囊中不同谱系的组织模块独立开展基因编辑。研究成果近日在国际期刊《自然》上发表。
胃是人类体内一个结构精密的消化器官，胃底和胃窦这两个区域沿着胃的前后轴方向有序分布，分别承担分泌与消化功能。而这一非对称组织图式早在胚胎发育第五周(受孕后第五周)就开始形成了。然而，过去20年来，科学界始终存在一个悖论——经典发育生物学认为，WNT信号沿前—后轴梯度是递增的，并以此调控各器官前后组织图式的分布，但胃的非对称发育必须依赖沿前—后轴梯度递减的WNT信号梯度。这个“信号梯度悖论”对传统器官发育理论提出了重大挑战。
针对这一挑战，研究团队从看似矛盾的信号梯度悖论出发提出新思路——胃的前后非对称组织图式发育背后可能存在一个新型WNT信号中心。
为探究这一假说，研究团队融合力学、工程学、生物学等多学科思想和前沿手段，根据仿生学启发构建出模拟体内器官发育的三维环境，并采用“多谱系协同发育”的策略，利用人多能干细胞首次在体外培养出了一种包含胃底和胃窦双极分布的胃器官发育模型，并将其命名为类胃囊。
研究团队介绍，该模型重现了早期胃器官沿前—后轴的非对称组织图式发育，并在分子、细胞、组织学及解剖学等多个维度上，展现出与人类及小鼠胃发育特征的高度相似性。
“研究首次揭示了神经组织是调控胃器官前后组织图式发育不可或缺的信号中心，其通过与胃上皮组织协同发育过程中的非对称几何关系，诱发了沿前—后轴递减的WNT信号梯度，是胃底—胃窦空间图式形成的关键因素。”研究团队介绍，这一发现不仅解决了WNT信号梯度悖论，也为在体外构建高保真胃器官模型提供了新的原理和方法。
