骨骼肌疾病是一组影响骨骼肌功能的疾病，包括遗传性、获得性和代谢性疾病。诸如杜氏肌营养不良症（DMD）、肌萎缩侧索硬化（ALS）、脊髓性肌肉萎缩症（SMA）等。

得益于肌肉干细胞（即“卫星细胞”，是一种存在于骨骼肌中的成体干细胞），骨骼肌具有显著的再生能力。细胞疗法的出现，有望加速对骨骼肌疾病的理解和治疗。

然而，目前针对骨骼肌疾病的实验性细胞疗法收效甚微，主要是因为它们使用定型的肌原祖细胞，而不是真正的肌肉干细胞，即卫星细胞（satellite cells）。

近日，来自哈佛大学的干细胞与再生生物学系Lee L. Rubin团队开创了一种突破性的3D类器官培养方法，用于在体外生成大量成人骨骼肌卫星细胞（in vitro-derived satellite cells, idSCs），为研究骨骼肌疾病提供了有力工具。

他们利用骨骼肌类器官（SkMOs）从骨骼肌组织中生成体外衍生的卫星细胞（idSCs），这些卫星细胞在移植到小鼠肌肉后，展现出强大的再生能力，包括融合成肌纤维、自我更新并支持多轮肌肉修复。该研究不仅开辟了卫星细胞体外扩增与维持干性的新途径，还为开发肌肉再生疗法奠定了坚实基础。

类器官生成卫星细胞

骨骼肌疾病或有新疗法

肌肉再生主要依赖于卫星细胞，这是一种存在于骨骼肌中的成体干细胞。卫星细胞，即肌肉干细胞，负责出生后肌肉的生长和再生。倘若没有卫星细胞，骨骼肌再生将会完全停止。在肌肉发育或再生后，一些卫星细胞恢复静止并重新填充干细胞环境，为未来的再生做准备。

科学家假设移植卫星细胞可以治疗肌肉疾病和创伤性肌肉损伤。但卫星细胞在骨骼肌中数量稀少，无法从出生后的肌肉组织中获得大量细胞。

虽然已经有数十年的深入研究揭示了卫星细胞的功能特性，但目前尚不清楚如何在培养过程中有效增加卫星细胞的数量，并同时保持其干细胞特性，特别是保留其重新填充干细胞环境的能力。

在传统的组织培养条件下，卫星细胞进入细胞周期并转变为成肌细胞。尽管二者都能生成成肌纤维，但二者之间存在重要差异，即移植后，卫星细胞的效率要比成肌细胞高出多达1000倍！这种关键差异，突显了再体外生成具有治疗意义的卫星细胞数量的必要性。

幸运的是，在三维空间中培养细胞可以为多个组织重建干细胞环境条件，促进成人干细胞的扩展，并保留其分化和成熟的能力。

科学家们研究了三维（3D）培养对增殖的成人成肌细胞的影响。哈佛大学Lee L. Rubin教授的研究团队通过体外培养的方式，成功地将小鼠的成肌细胞（myoblasts）去分化为具有完全肌肉再生能力的干细胞。

这些干细胞被称为体外衍生的卫星细胞（in vitro-derived satellite cells，idSCs），它们在移植到小鼠肌肉后，能够与肌纤维融合、重新填充卫星细胞生态位、自我更新，并支持多轮肌肉再生，其力量产生与新鲜分离的卫星细胞相当。

△ 小鼠成肌细胞可以形成与卫星细胞具有共同体外特性的骨骼肌类器官

他们用独特的类器官培养方法克服了用传统方法在体外培养时保持卫星细胞再生能力的挑战。因为“一旦你将它们从体内取出，它们基本上就不再是干细胞了，”该研究论文的第一作者Feodor D. Price解释道。

研究中，研究人员首先将成肌细胞在旋转瓶中培养，这些细胞自我组装形成骨骼肌类器官（SkMOs）。随着时间的推移，这些类器官逐渐由表达肌球蛋白重链（MyHC）的终末分化肌管细胞和表达关键卫星细胞标记Pax7的细胞群组成。

研究人员发现，大多数用于生成SkMOs的成肌细胞表达MyoD，但在晚期SkMOs中，只有少数Pax7+细胞表达MyoD。这表明在类器官培养条件下，成肌细胞可能会去分化回到类似卫星细胞的状态。

通过RNA测序比较idSCs、成肌细胞和卫星细胞的表观基因组和转录特征，研究人员识别出赋予idSCs功能性的核心信号通路和基因。此外，研究团队还成功地从人类肌肉活检样本中在体外生成了类似卫星细胞的细胞。

△ idSCs 在移植到再生肌肉后产生功能性肌肉的能力与卫星细胞相似

该研究结果表明，idSCs能够有效嵌合并重新填充肌肉干细胞环境，展示了自我更新能力，并能生成功能性肌肉纤维。其中，idSCs在肌肉再生中与卫星细胞表现相似，表明它们有可能成为肌肉修复疗法的有效替代方案。此外，idSCs还可以大规模生成，为临床应用转化提供了可能性。

“我们相信我们已经成功地重建了卫星细胞生态位，”Feodor D. Price表示，“正因为如此，我们能够诱导该类器官内的细胞去分化回到卫星细胞状态。实质上，我们已经在体外创造了卫星细胞，这是一项重大成就，为再生医学和肌肉生物学领域带来了巨大的希望。”

由成肌细胞衍生的idSCs代表了一种增强肌肉再生的有前途策略。通过强大的复制卫星细胞的功能及其大规模生成的潜力，不仅增进了我们对肌肉干细胞功能和肌肉再生过程的理解，而且为治疗遗传性肌肉疾病、创伤引起的肌肉损伤和年龄相关的肌肉无力提供了新的细胞来源。随着技术的进一步发展，idSCs有望成为治疗这些疾病的新选择。

iPSC与类器官技术结合

开出再生医学希望之花

由骨骼肌类器官促进小鼠成肌细胞在体外衍生为肌肉干细胞（卫星细胞，idSCs），展示出其强大的再生能力，及大规模复制潜能。正如论文作者Lee Rubin所言，“我们期待着有一天，可以生成一个从脊髓延伸到高功能肌肉的全新回路”，让人们感受到再生医学的魅力。

再生医学与诱导多能干细胞（iPSC）技术的结合为现代医学带来了革命性的变革。iPSC技术通过将成熟体细胞重编程为具有类似胚胎干细胞特性的多能干细胞，为再生医学提供了一种全新的细胞来源。

尤其是iPSC与类器官技术结合，在骨骼修复、疾病建模、个性化医疗领域的应用有着广阔的应用前景，为治疗骨骼、骨髓类相关疾病开创了新策略。

2024年6月，德国神经退行性疾病中心和德累斯顿理工大学的科学家们发表了最新研究[2]，他们利用首个同源性的脊髓性肌萎缩症（SMA）患者来源的诱导多能干细胞（iPSC）模型和脊髓类器官（SCO）系统，更准确地模拟疾病相关的遗传背景，深入探索SMA疾病初期的神经发育缺陷，为理解该病发病机制，寻求未来的治疗策略提供了新视角。

通过纵向单细胞RNA测序（scRNA-seq）和靶向转录组分析表明这个脊髓性肌萎缩症类器官中细胞分布不同，细胞群存在扭曲，即神经元比正常神经元少，神经中胚层祖细胞偏向于肌肉细胞。研究人员表示，长远来看，这可能会导致将现有治疗方法与靶向基因调控的药物结合的改进疗法出现。

△ 同源性iPSC构建的脊髓类器官（SMA-SCO），包含脊髓和肌肉组织关键特征，每个大约有一粒米大小

同年3月，来自美国蒙大拿大学等机构的科学家们通过研究发现一种能产生人类头颈部软骨的新方法。[3]研究人员开发了一种分化方案，从人类胚胎干细胞（hESC）和通过神经嵴细胞中间体诱导多能干细胞（iPSC）生成自组织颅面软骨类器官。

研究人员首先将人类胚胎干细胞（hESC）分化为神经嵴干细胞（NCSC）中间体，在不受干扰约52小时后，汇合的NCSC一起迁移并自组织成培养皿表面的大致球形生长物。一旦形成，这些类器官就会从培养皿表面分离并漂浮在细胞培养基中。

随后，残留在培养皿表面的细胞表现出迁移软骨细胞前体的形态。经过培养，细胞汇合通常保持在50%左右，局部密集的细胞斑块开始迁移到新的生长中。最大的收获类器官直径为1厘米，并且可以将产生类器官的培养皿维持长达一年。

△ 类器官继续在含有分化NCSC的细胞培养皿中自发形成。第 68 天的三张图像显示了细胞在单独迁移并开始组装成类器官时的高度可塑性形态。

通过iPSC和类器官技术开辟人类颅面缺陷治疗的新策略，可为颅面缺陷和面部整形提供自体的软骨组织，避免了供体部位的损伤和免疫排斥。该研究成果也为深入了解人类颅面发育提供了宝贵资源，为探索先天性颅面畸形的发生机理及恢复头面部软骨结构奠定科研基础。

随着iPSC与类器官技术的不断成熟，未来将在疾病建模、药物筛选、新药研发、精准医疗等领域发挥更多潜能，实现从实验室到临床应用的转化，为促进再生医学领域发展带来更广阔的市场前景和更巨大的社会价值。