自己組織化上皮、間葉系、神経細胞を備えたiPSC由来の小腸オンチップ

ヒト誘導多能性幹細胞（HIPSC）由来の腸オルガノイドは、発達生物学と個別の治療法を研究するための貴重なツールですが、閉じたトポロジーと相対的な未熟状態の制限アプリケーションです。ここでは、オルガンオンチップテクノロジーを使用して、より生理学的なin vitro微小環境で、頂端および基底外側のアクセスを伴うhipsc由来の腸バリアを開発します。Crypt-Villus軸に沿って成長因子勾配を複製するために、細胞を拡張および分化培地に局所的にさらします。これらの条件では、腸上皮細胞は生理学的バリアの完全性を備えた絨毛のようなfoldに自己組織化し、筋線維芽細胞とニューロンが出現し、底部チャネルに上皮下組織を形成します。成長因子の勾配は、細胞型のバランスを効率的にバランスさせ、吸収性および分泌系統を含む腸上皮組成を誘導し、ヒト小腸の組成に似ています。このよく特徴付けられたHIPSC由来の腸内チップシステムは、ヒト小腸における生理学的プロセスと治療の発達に関する個別の研究を促進できます。

Human induced pluripotent stem cell (hiPSC)-derived intestinal organoids are valuable tools for researching developmental biology and personalized therapies, but their closed topology and relative immature state limit applications. Here, we use organ-on-chip technology to develop a hiPSC-derived intestinal barrier with apical and basolateral access in a more physiological in vitro microenvironment. To replicate growth factor gradients along the crypt-villus axis, we locally expose the cells to expansion and differentiation media. In these conditions, intestinal epithelial cells self-organize into villus-like folds with physiological barrier integrity, and myofibroblasts and neurons emerge and form a subepithelial tissue in the bottom channel. The growth factor gradients efficiently balance dividing and mature cell types and induce an intestinal epithelial composition, including absorptive and secretory lineages, resembling the composition of the human small intestine. This well-characterized hiPSC-derived intestine-on-chip system can facilitate personalized studies on physiological processes and therapy development in the human small intestine.