7.4.1　模拟发育过程模拟

人胚胎发育中如何生成肌肉组织、神经-肌肉接头如何发育成熟等重要科学问题目前还不能很好地回答。人神经中胚层前体细胞（neuromesodermal progenitors，NMPs）是通过单细胞测序等方法发现的、存在于胚胎发育早期的具有运动神经元和中胚层细胞分化潜能的前体细胞［38，39］。从hiPSs细胞诱导的肌肉类器官能够分步模拟体内胚胎时期中从前体节中胚层（presomitic mesoderm）到体节（somite）形成的发育过程，重现体内体节发育时关键调控基因Hes7和Dkk1的周期性激活［40］。同时，结合肌肉类器官与单细胞测序，发现在胚胎发育早期肌肉生成时，CD44 High/CD98＋/MYOD1＋和传统的PAX7 High/FBN1 High/SPRY1 High两群细胞均能够分化为肌纤维，为理解人骨骼肌的胚胎发育提供了新的视角。

应用NMPs通过自组织的方式在体外形成肌肉类器官的过程部分模拟了体节发育过程中神经与中胚层细胞分化发育为神经-肌肉接头的过程。通过在肌肉类器官形成的早期和晚期进行单细胞测序，发现肌肉类器官能够稳定地模拟胚胎发育过程中NMPs向脊髓运动神经元和中胚层细胞分化时所产生的主要细胞类型，也能够重现脊髓后端运动神经元和成熟肌纤维的发育过程。通过电镜观察，在类器官的神经-肌肉接头的突触前神经末梢发现突触囊泡（synapticvesicles）的存在，提示类器官中的神经元具有正常的信号传递功能。当使用神经递质谷氨酸（glutamate）和乙酰胆碱（acetylcholine，Ach）对类器官进行刺激时，类器官中形成的多个神经-肌肉接头能够实现网络化的协同激活，共同产生电位和钙流，说明类器官能够部分模拟体内的神经传导网络［10］。自组织形成的类器官能够较好地模拟早期胚胎发育过程中，骨骼肌没有外界力学刺激情况下的发育成熟过程，为研究人早期胚胎发育提供了良好的模型。(https://www.daowen.com)

通过引入生物材料支架，模拟体内力学和ECM环境构建的类器官能够较好地模拟受到力学刺激后肌肉组织的成熟、生长和再生［34］。应用hiPSs细胞结合ECM包被的transwell，能够形成具有一定长度的神经丝的神经-肌肉类器官。在iPSs细胞中引入光遗传调控元件，形成的类器官能够在光诱导下激活神经元，驱动肌肉，产生有规律的收缩，为研究肌肉的成熟、再生和疾病模拟提供了优良的模型［29，31］。