類器官——強大的三維模型，研究疾病的利器

類器官（Organoid）是一種利用成體干細胞、多能干細胞或組織祖細胞在體外培養(yǎng)形成的三維細胞培養(yǎng)物，可模擬真實器官的結構與功能特征。其通過細胞外基質和特定生長因子誘導細胞自組織分化，形成包含器官特異性細胞類型的空間結構，主要應用于發(fā)育生物學、疾病建模、藥物篩選及再生醫(yī)學研究。

類器官發(fā)展

其實，3D 類器官培養(yǎng)是在上個世紀建立和發(fā)展起來的。早在 1907 年，第一次表明，分離的海綿細胞能夠自組織再生成整個生物體。2009 年，在腸道類器官培養(yǎng)系統(tǒng)中取得突破性進展，開啟了類器官技術的發(fā)展“新紀元"。

目前，類器官技術在研究界的廣泛應用雖然還處于起步階段，但是作為一種工具，且隨著類器官培養(yǎng)系統(tǒng)以及其實驗開發(fā)技術的不斷發(fā)展，類器官技術在各大研究領域都展現(xiàn)了極大的應用潛力，包括發(fā)育生物學、疾病病理學、細胞生物學、再生機制、精準醫(yī)療以及藥物毒性和藥效試驗^[1]。

圖1 類器官培養(yǎng)物開發(fā)的時間表，

總結各種類器官技術建立的關鍵里程碑研究和突破^[2]。

【類器官比傳統(tǒng)的二維培養(yǎng)物具有優(yōu)勢】

它們可以表現(xiàn)出接近生理的細胞組成和行為。許多類器官可以在培養(yǎng)中進行廣泛的擴增并保持基因組穩(wěn)定性，這使得它們適用于生物樣本庫和高通量篩選。與動物模型相比，類器官可以降低實驗復雜性，適用于實時成像技術，更重要的是，能夠研究人類發(fā)育和疾病方面，這些方面不容易或準確地在動物身上建模。

圖2 類器官培養(yǎng)與2D 細胞培養(yǎng)及動物實驗研究的比較^[3]。

類器官培養(yǎng)

目前3D類器官培養(yǎng)技術已經(jīng)成功培養(yǎng)出大量具有部分關鍵生理結構和功能的類組織器官，比如：腎、肝、肺、腸、腦、前列腺和胰腺等^[4]。

圖3 從器官衍生類器官，可從器官產(chǎn)生的干細胞 （SC） 衍生的類器官的示意圖。成體干細胞 （AdSC） 是位于成人器官（例如肺、腦、肝、腸和腎）中的未分化細胞。在適當?shù)呐囵B(yǎng)條件下處理后，AdSC能夠在體外形成類器官^[5]。

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圖4 患者來源的類器官在癌癥研究中的應用。患者來源的（癌癥）類器官已被用于生成“活的"類器官生物庫，這些生物樣本庫可以暴露于不同的藥物中進行療效篩選和藥物發(fā)現(xiàn)驗證。類器官已進一步用于通過分析突變特征、基因表達模式或蛋白質組學來研究腫瘤間和腫瘤內的異質性。通過將癌癥類器官移到小鼠體內，可以測試腫瘤細胞的侵襲性和轉移的可能性^[6]。

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