人类在生命科学的研究领域中，一项关于控制人胃肠道类器官极性的技术正在为上皮生物学和感染性疾病的研究带来新的突破。人体上皮类器官，作为从成体组织干细胞衍生出的3D球体，已成为研究黏膜正常和病理状态的重要模型。它们保留了上皮的许多关键功能，包括屏障完整性、极化分泌或吸收、先天免疫反应以及多谱系分化的存在。然而，以往在使用类器官进行研究时，难以触及上皮内部的顶端或腔面，这给许多研究带来了挑战。

为了解决这一问题，科学家们开发了一种悬浮培养方法，能够逆转人和小鼠类器官的极性，使顶端表面朝外（顶端向外类器官）。2021年10月18日在《Nature Protocols》（IF-13.1）上发表的题为“Controlling the polarity of human gastrointestinal organoids to investigate epithelial biology and infectious diseases”的文章介绍了该方法。该方法已被成功应用于从小肠各段、胃窦衍生的胃样体和结肠衍生的结肠样体中获得的胃肠道上皮类器官，证明了其在研究感染性疾病和宿主-病原体相互作用方面的效用。

极性反转过程概述

为了逆转胃肠道类器官的极性，首先将完整的球体通过在冰冷的EDTA中孵育从BME中释放出来，EDTA螯合阳离子，导致基质蛋白解聚。然后将不含BME的类器官从EDTA中洗涤出来，重悬于培养基中，并放置在超低附着板中以防止类器官附着（图1a）。破坏ECM与基底外侧β-1整合素受体的相互作用会触发上皮的协调运动，就像形态发生重排一样，导致胃肠道类器官极性的外翻，而不改变单个细胞。在悬浮培养中放置1天后，胃肠道类器官外翻以表现出顶端朝外的极性（图1b）。

同时，对顶端连接复合体蛋白ZO - 1和基底外侧膜相关蛋白β -连环蛋白的免疫染色表明，悬浮的结肠类器官和胃类器官的极性发生了逆转，使得顶端表面朝外（图2）。悬浮的顶端朝外胃肠道类器官可以分化为包含不同类型的分泌和吸收细胞（图2c，f，g）。

在悬浮液中维持基底外侧向外的类器官

通过向培养基中添加可溶性BME，可维持基底外侧向外类器官在悬浮培养中的极性。例如，有研究表明，在低浓度BME的液体悬浮培养中，类器官的极性逆转受到抑制（图3a，b），且这种培养方式能使基底外侧向外类器官在更长时间内保持悬浮培养状态（图3c）。

传染病建模

顶端向外类器官使感染剂更容易接触到完整的顶端表面，有助于研究病毒和细菌如何感染或突破上皮。例如，研究发现沙门氏菌（S. Typhimurium）通过诱导细胞骨架重排，更倾向于通过顶端肠样体表面进入，而李斯特菌（Listeria monocytogenes）则显示出对基底外侧表面的感染偏好，并通过细胞挤出部位入侵顶端向外肠样体，此时上皮极性被破坏，E -钙粘蛋白作为入口受体暴露。相反，鼠伤寒沙门氏菌通过诱导细胞骨架重排或“皱褶”来促进细菌摄取，从而显示出通过顶端肠类器官表面的优先进入（图4）。

上皮功能测定

包括屏障完整性评估（通过FITC -葡聚糖扩散实验）和极化营养吸收测定（如脂肪酸摄取实验）。

评估上皮屏障功能的一种常见方法是跟踪FITC标记的葡聚糖穿过上皮表面的能力。具有完整上皮屏障功能的肠类器官排除FITC -葡聚糖，而具有破坏的上皮屏障功能的肠类器官允许FITC -葡聚糖扩散到细胞间空间和肠类器官的中心。作者已使用该测定来证明鼠伤寒沙门氏菌感染顶端朝外的肠道肠类器官会导致屏障破坏（图5b，c）。