幹細胞オルガノイドが初期四肢発生の仕組みを再現(Stem cell organoids mimic aspects of early limb development)

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2025-12-02 スイス連邦工科大学ローザンヌ校(EPFL)

EPFLの研究チームは、ヒト多能性幹細胞から 「四肢発生(limb development)」の初期段階を模倣するオルガノイド を作製することに成功した。今回開発された 3D 幹細胞オルガノイドは、胚発生初期における四肢芽(limb bud)で起こる形態形成・細胞パターン化・シグナル勾配の形成などを、これまでのモデルより精密に再現できる点が特徴である。研究者らは、WNT・FGF・BMP など四肢発生に必須のシグナル経路を制御し、オルガノイド内で前後軸(anterior–posterior)や背腹軸(dorsal–ventral)に相当する組織パターンが実際に形成されることを確認した。また、遺伝子操作により四肢奇形の原因遺伝子を変動させると、ヒト先天性疾患に類似した形態異常がオルガノイド内に再現され、ヒト四肢形成異常のメカニズム解明に有用な疾患モデル となる可能性が示された。将来は、先天性四肢欠損症の研究、再生医療、生体工学、創薬スクリーニングへの応用が期待される。

幹細胞オルガノイドが初期四肢発生の仕組みを再現(Stem cell organoids mimic aspects of early limb development)
Fluorescence imaging of a budoid. Magenta: forming cartilage. Green: AER cells. Credit: 2025 EPFL/Evangelia Skoufa/Can Aztekin – CC-BY-SA 4.0

<関連情報>

中胚葉オルガノイドモデルにおいて、特殊なシグナル伝達センターが細胞運命と空間組織を指示する Specialized signaling centers direct cell fate and spatial organization in a mesodermal organoid model

Evangelia Skoufa, Jixing Zhong, Kelly Hu, Oliver Kahre, […] , and Can Aztekin
Science Advances  Published:28 Nov 2025
DOI:https://doi.org/10.1126/sciadv.ady7682

Abstract

Specialized signaling centers orchestrate robust development and regeneration. Limb morphogenesis, for instance, requires interactions between the mesoderm and the signaling center apical-ectodermal ridge (AER), whose properties and role in cell fate decisions have remained challenging to dissect. To tackle this, we developed mouse embryonic stem cell (mESC)–based heterogeneous cultures and a three-dimensional (3D) organoid model, termed budoids, comprising cells with AER, surface ectoderm, and mesoderm properties. mESCs were first induced into heterogeneous cultures that self-organized into domes in 2D. Aggregating these cultures formed mesodermal organoids with certain limb bud–like features in 3D, exhibiting chondrogenesis-based symmetry breaking and elongation. Using our organoids and quantitative in situ expression profiling, we uncovered that AER-like cells support nearby limb mesoderm and fibroblast identities while enhancing tissue polarization that permits distant cartilage formation. Together, our findings provide a powerful model to study epithelial signaling center-mesoderm interactions during morphogenesis and reveal the ability of signaling center AER cells to concurrently modulate cell fate and spatial organization.

細胞遺伝子工学
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