類器官的起源、研究進展及應用

什么是類器官？類器官是指利用干細胞或其他細胞來源，通過體外培養(yǎng)技術，形成具有特定組織或器官結構和功能的三維細胞群體。它可以模擬人體組織或器官的發(fā)育過程，并具備相應的生理功能，如分泌、排泄、吸收等。類器官作為一種三維的微器官模型，在結構與功能上與來源組織和器官高度相似，為醫(yī)學研究和臨床診療帶來了新的機遇。

類器官的起源

類器官的起源可以追溯至20世紀初。1907 年，美國科學家威爾遜發(fā)現(xiàn)通過機械分離的海綿細胞可以重新聚集，并自組織成為新的具有正常功能的海綿有機體，為類器官技術的發(fā)展奠定了基礎。2009 年，荷蘭 Clevers 團隊成功培養(yǎng)出三維腸組織類器官模型，開創(chuàng)了類器官研究的時代。隨著技術的不斷進步，類器官在藥物開發(fā)和精準治療中發(fā)揮著越來越重要的作用。在藥物篩選方面，類器官可以與高通量篩選技術相結合，快速篩選出具有潛在治療作用的候選藥物，同時可以評估藥物的療效和毒性，減少動物實驗的使用。在疾病建模方面，類器官可以模擬各種疾病的狀態(tài)，用于研究疾病的機制和治療方法，還可以用于研究疾病的個體差異，并開發(fā)個性化的治療方法。

類器官研究進展

1. 技術優(yōu)化與創(chuàng)新：

培養(yǎng)條件的改進：研究人員不斷優(yōu)化培養(yǎng)基配方、添加生長因子和小分子化合物等，以更好地模擬體內微環(huán)境，促進類器官的生長和分化。例如，通過調整培養(yǎng)條件，使類器官的細胞組成更加多樣化，結構和功能更接近真實器官。2023 年，Meier 等通過人多能干細胞構建了包含心外膜的心臟類器官，可模擬人類心臟發(fā)育、疾病和再生的過程；西湖大學蔡尚團隊構建了生理結構更完善、穩(wěn)定性更高的小鼠乳腺類器官。

血管化技術的發(fā)展：血管對于類器官的營養(yǎng)供應和正常功能維持至關重要。過去，缺乏血管化結構是類器官研究的一個難題。近年來，研究人員在構建具有血管樣結構的類器官方面取得了突破。例如，2019 年耶魯大學的研究團隊使用表達人類 ETV2 的胚胎干細胞成功構建了具有血管樣結構的腦皮質類器官，該類器官具有類血腦屏障結構，為解決腦類器官及其他類器官的血管化問題提供了思路。

免疫微環(huán)境的構建：為了更真實地模擬體內環(huán)境，研究人員致力于在類器官中引入免疫細胞，構建免疫微環(huán)境。2023 年，有研究將來源于多能干細胞的人類腸道類器官移植到具有人源化免疫系統(tǒng)小鼠的腎囊中，成功建立了具有功能性人體免疫組織的模型；還有研究通過培養(yǎng)多能干細胞衍生的人結腸類器官，共同發(fā)育出多種免疫細胞群，為研究炎癥性腸病等疾病的發(fā)生發(fā)展機制提供了重要模型。

2. 疾病建模與病理研究：

遺傳疾病建模：類器官可以從攜帶特定基因突變的患者身上獲取干細胞進行培養(yǎng)，從而準確地模擬遺傳疾病的發(fā)生和發(fā)展過程。例如，2024 年斯坦福大學的研究團隊利用攜帶導致 Timothy 綜合征突變基因的人干細胞，培養(yǎng)出大腦類器官，用于研究該疾病的病理機制和潛在治療方法1。

癌癥研究：腫瘤類器官可以保留原發(fā)腫瘤的異質性和患者之間的異質性，為癌癥的發(fā)病機理研究、藥物篩選和個性化治療提供了良好的模型。研究人員可以通過對腫瘤類器官的分析，了解腫瘤的生長、轉移、耐藥等特性，為癌癥的治療提供新的思路和靶點。

感染性疾病研究：類器官可以用于研究病毒、細菌等病原體對人體器官的感染過程和機制。例如，之前的研究發(fā)現(xiàn) SARS-CoV-2 可以感染人腦類器官中的神經元，為研究新冠病毒對神經系統(tǒng)的影響提供了模型。

3. 藥物研發(fā)與篩選：

藥物有效性篩選：類器官可以作為藥物篩選的平臺，快速評估藥物對不同器官的作用效果。與傳統(tǒng)的細胞培養(yǎng)模型和動物模型相比，類器官更能反映人體器官的生理特性，提高藥物篩選的準確性和效率。例如，利用肝類器官可以篩選對肝臟有保護作用或可能引起肝損傷的藥物。

藥物毒性測試：通過類器官可以檢測藥物對人體器官的毒性作用，為藥物的安全性評價提供依據(jù)。研究人員可以觀察藥物對類器官的結構、功能和細胞活性的影響，預測藥物在人體中的潛在毒性。

4. 再生醫(yī)學應用：

組織修復和再生：類器官技術為組織修復和再生提供了新的途徑。研究人員可以將體外培養(yǎng)的類器官移植到受損的器官部位，促進組織的修復和再生。例如，2021 年英國劍橋大學的研究人員發(fā)現(xiàn)膽管類器官可以修復受損的人類肝臟。

器官移植的潛在來源：未來，通過進一步優(yōu)化類器官的培養(yǎng)技術和功能，有望將其作為器官移植的潛在來源。但是，目前類器官的尺寸和功能還不能完全滿足器官移植的要求，這方面的研究仍處于探索階段。

類器官培養(yǎng)相關細胞因子

細胞因子在類器官中發(fā)展具有重要作用，例如FGF家族細胞因子結合靶細胞上的高親和力受體，進而激活激酶和轉錄因子的信號轉導，會導致有絲分裂發(fā)生、分化、遷移、血管生成和傷口愈合等。在胃類器官中，R-Spondin 1、Wnt-3a、EGF、Noggin 等細胞因子則對胃類器官、腸道類器官、肝類器官等多種類器官均發(fā)揮著重要作用。

憑借著豐富的細胞因子研發(fā)與生產經驗，逐典生物能夠提供一系列與類器官體外培養(yǎng)緊密相關的高品質細胞因子，其中包括 Wnt-3a、R-Spondin 1、EGF、Noggin、FGF-7 以及 FGF-10 等多種因子。這些細胞因子為類器官的生長、分化以及功能維持強勢助力，提供堅實可靠的支持。

逐典類器官細胞因子特點

數(shù)據(jù)展示